人民網北京11月24日電 （記者喻思南） 液態金屬可以用來制造電子元件，進而引發計算機的革新？不久前，我國一個研究小組發表了一項成果，在國際上首次提出了基于液態金屬的全液態量子器件技術的概念，并明確指出這一超越傳統的可變形柔性器件，有望助推新一代量子計算機和人工智能系統的發展。相關論文近日公布在美國物理學預印本網站上。

量子計算機被普遍認為是新一代計算機的重大發展方向，其計算能力主要基于對微觀量子態的操縱。量子計算機在物理實現上要走向集成化和小型化，其最為核心的一種邏輯運算器件是依托量子隧穿效應，即電子像沿著隧道一樣穿過薄的絕緣層。

研究項目負責人、中科院理化所與清華大學雙聘教授劉靜說，目前，幾乎所有實現量子隧穿效應的器件均由一個三明治剛體結構組成，中間層為絕緣的納米尺度薄層，兩側為導電介質電極。而具體實現的材料，中間層通常為絕緣材料，兩側區域為金屬導體或超導體。這些結構由于是固體器件，制造精度要求極高，中間層厚度不易靈活調整，整個器件的形狀無法變形、分割，一旦制備出來，一般只能按其特定結構實現對應功能，在應用上會受到一定限制。

“若能將量子隧穿效應器件的三明治剛體結構予以液態化，則可望實現全液態或全柔性量子器件。它能提供不同于傳統固體器件的性能，有望為量子工程的物理實現提供更加靈活智能的元件級技術支撐，這種在粘粘糊糊溶液環境下工作的方式更像是有一定自主性的生命智能系統。”劉靜說。

他介紹，液態金屬既具有金屬的高導電特征，又兼具流體的柔性和可變形性，表面易于達到原子級別的完美光滑度。該小組發表于美國《應用物理快報》上的一項實驗發現，液態金屬置于液體中會自然形成一個“液態金屬電極—液膜—液態金屬電極”的三明治結構，在外界因素作用下可靈活變形；取決于不同的外加電場作用，液膜間隙可達極小尺度甚至完全消失，其兩側電阻會隨此尺寸和結構的變化作對應響應。因此，如果將兩個液態金屬之間的液膜厚度控制在一定范圍內，則有望實現全液態量子隧穿效應。

基于此理論構想，由中科院理化所、清華大學與云南大學等機構組成的聯合研究小組，首次提出了一種突破傳統剛性量子器件觀念的全液態量子隧穿效應器件的思想，并給出了制備方法，部分材料和技術方案還形成發明專利。“由于全液態量子器件的中間液層厚度可以通過外場如力場、電場、磁場等加以調控，這使得整個系統具有高度靈活性、智能性和自主可控性的特點，且在規模化制備和組裝方面十分快捷簡便。”劉靜說。

業界專家表示，人類雖已能制造出尺寸在1納米左右的納米晶體管，但大量如此精細尺度的晶體管在實現電學互聯上存在巨大困難。可變形液態金屬量子材料與器件技術思想的提出，有望改觀傳統剛體量子器件的基本理念、技術實現策略乃至應用模式，降低量子器件的電子互聯難度，可能助推新一代量子計算與智能系統的制造和集成技術的突破。

基于液態金屬器件，該研究組還在早前于國際上首次提出了液態金屬計算機的基本概念和技術方案，其基本途徑之一是依靠液態金屬在不同物理或化學狀態下的導電性差異，作為邏輯運算的0和1狀態，通過多個金屬液滴部件的組合構建邏輯單元，由此實現計算機的編程運算功能，相應發明專利的基本架構和核心器件已獲得受理，系國際上該領域的全新嘗試。