研究人员尝试用单个原子构建计算机

新的研究拓宽了关于什么是"计算机"以及一个计算单元可以有多小的视角。当我们把"计算机"定义为任何通过输入和输出处理信息的设备时，就会产生这样的问题：什么物体可以进行这些计算，这些计算机可以有多小。随着晶体管达到微型化的极限，找到这些问题的答案变得至关重要，因为它们可能带动新计算模式的发展。

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一项新的研究表明，即使是物质的最基本构成部分--原子，也可以作为一个计算库，所有的输入和输出处理都可以通过光学手段进行。

在路易斯安那州新奥尔良市杜兰大学的研究人员发表在EPJ Plus上的一项新研究中，杰拉德-麦考尔和他的团队证明了原子，物质的最基本构成单位之一可以作为一个计算的存储库，所有的输入输出处理都是以光学方式完成的。

麦考尔说："我们有一个想法，即计算能力是所有物理系统共享的普遍属性，但在这个范式中，对于如何实际尝试进行计算，存在着大量的框架。"

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他补充说，这些框架中最重要的一个是神经形态或水库计算，神经形态计算机的目的是模仿大脑。这一概念是过去几十年来机器学习和人工智能爆炸性发展的基础，并催生了潜在的非线性计算机，在这种情况下，输出与输入不成正比。但这是可取的，因为它可以导致一个足够灵活的计算架构，只要有合适的输入，任何给定的输出都可以实现。

"也就是说，如果我们想要一些给定的计算结果，我们可以保证存在一些能够实现该结果的计算输入，"麦考尔说。"如果我们的系统只表现出一种线性响应，那这就是不可能的。"

该团队提出了一种非线性单原子计算机，其输入信息直接编码为光，输出也是以光的形式，然后通过光的输出所经过的过滤器来决定计算结果。

"我们的研究证实了这种方法在原则上是可行的，同时也证实了这样一个事实：当输入的光被设计成在系统中诱发更高的非线性时，系统的表现更好，"麦考尔说。"我可能会认为，我们通过这项工作试图强调的是，能够进行计算的最小系统确实存在于单个原子的水平上，而且计算可以纯粹用光学过程进行。"

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