计算机本质上是以电子形式的 0 和 1 处理信息的机器。但两位麻省理工学院材料科学与工程学教授正试图改变这一点。
Caroline Ross 和 Geoffrey Beach 是 自旋电子材料、界面与新型架构中心（C-SPIN）的成员。该中心由明尼苏达大学牵头，汇集了来自 18 所大学的 32 位教授（以及 100 多名研究生和博士后），致力于从根本上重构计算机。C-SPIN 研究人员希望利用纳米磁体中电子的“自旋”而非电荷来编码 0 和 1。如果他们取得成功，2025 年的计算机速度可能达到当今计算机的 10 倍，而能耗仅为其 1%。
C-SPIN 于 2013 年启动之前，自旋电子学研究分散在美国学术界的许多角落。该中心由一个国防和行业赞助方联盟提供资金，帮助 Ross 和 Beach 等研究人员与全国各地的同事直接合作开展指定项目。Ross 说：“我很欣赏 C-SPIN 汇聚了多元化的学生、教师和行业研究人员。我参与的工作流程包括来自亚利桑那大学、加州大学河滨分校、约翰斯·霍普金斯大学、卡内基梅隆大学、明尼苏达大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员。借助中心协调提供的资金，我们正在取得显著进展。”
Ross 是丰田材料科学与工程学教授，也是材料科学与工程系副主任。她正在开发超小型磁性结构的图案化方法，同时还在研究磁性“绝缘体”，以帮助控制“自旋”与邻近磁体及其他器件共享的方式。右图展示了这样一种磁性结构。
Beach 是 1958 届材料科学与工程学副教授，正在研究降低“切换”磁自旋所需功率的方法——也就是将“向上”的磁体变为“向下”，反之亦然。这一过程本质上相当于将 0 变为 1、将 1 变为 0，而计算机每秒要进行数十亿次这样的操作。他最近发现了一种低能耗自旋切换的新方法（发表于著名的《自然·材料》 ，并且 麻省理工学院在此处作了报道），促使 C-SPIN 的其他研究人员开发新的理论和实验自旋器件。
Beach 指出，基于自旋的计算机还不会很快问世，但过去两年来，C-SPIN 研究人员已大幅接近这一目标。Beach 说：“混合型方案也是一种可能。很容易想象，2025 年的计算机将配备基于自旋的 RAM，并采用一些基于自旋的处理技术。”考虑到该中心过去两年取得的成果，等 Ross、Beach 及其同事完成研究时，计算世界可能会大不相同。
本文由以下机构合作发布： 麻省理工学院新闻。发布本文并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：Mike Lotti 是麻省理工学院 C-SPIN 传播总监。
图片：一幅插图显示，一名男子在华沙的办公室里手持笔记本电脑，身上投射着二进制代码。2013 年 6 月 24 日。路透社/Kacper Pempel。
