麻省理工华人学者用电磁波计算:具有高效潜力,不散热且耗电极少

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发布时间:11-3010:44DeepTech深科技官方百家号
在评测一台计算机性能时,人们都会重点关注它的散热性能如何。这是因为,目前的计算机在运行时会消耗大量的电能来进行计算和数据存储,如此就会产生许多废热。平白浪费能量不说,还需要设计散热系统。为了寻找更为有效的替代方法,科学家们已经开始着手设计新型电路。
近日,麻省理工学院的研究人员提出了一种十分新颖的电路设计,该设计下的电路可以在不消耗电能的情况下,利用电磁波对计算机进行精确的控制。这一发现向着基于磁的、实用性设备迈出了关键一步。使用此设计电路的设备将具有比传统电子设备更为高效的计算潜力。同时,研究人员已经开始设计基于磁性的“自旋电子”设备,这种设备耗电相对较少,也几乎不产生热量。
在将来,成对的自旋波可以通过双通道输入到电路中,根据不同的特性进行调制,并结合起来以产生一些可测量的量子干扰——类似光子波干涉被用于量子计算。研究人员假设,这种基于干涉的自旋电子设备,比如量子计算机,可以执行常规计算机难以应对的高度复杂的任务。
这项研究由麻省理工学院电气工程与计算机科学系(EECS)的华人助理教授 Luqiao Liu 带领其自旋电子材料和器件组课题组里的三名研究生 Jiahao Han,Pengxiang Zhang 和 Justin T. Hou,以及一名 EECS 的博士后 Saima A. Siddiqui 共同完成。
“人们开始寻求硅之外的计算能力,波计算是一种有前途的替代方法。”Luqiao Liu 说,“通过使用这个狭窄的畴壁,我们可以调节自旋波并创建两种独立的状态,而不需要任何实际的能源成本,我们只依靠自旋波和固有磁性材料。”

图 | 使不耗电、基于磁的计算成为可能的设计(来源:MIT)
硅之外的计算能力:自旋波
自旋电子器件利用了磁材料中晶格结构的“自旋波”——即电子的量子特性。自旋波是波长很小的能量波。自旋波的组成,本质上是许多电子的集体自旋,被称为磁振子。尽管磁振子不是真正的粒子,就像单个电子一样,但是对于计算应用而言,可以类似地对其进行测量。
测量方法包括调制自旋波特性,以便产生一些可测量的输出,可让该输出与计算相关联。但到目前为止,调制自旋波需要使用体积庞大的元件来注入电流,而这些大体积元件会产生信号噪声,并能抵消任何固有的性能提升。
麻省理工学院的研究人员开发设计的这种电路结构,其仅使用磁性材料中多层纳米膜的一层中的一个纳米厚度的畴壁来调制通过的自旋波,不需要任何额外的组件或电流。继而,自旋波可以根据需要调节以控制磁畴壁的位置。这样便可以精确控制两个变化的自旋波状态,而这两个状态则对应于经典计算中使用的 0 和 1。
在他们的工作中,研究人员定制了一个特殊的“磁畴壁”,这是两个相邻磁性结构之间的纳米级厚度的屏障。他们将钴/镍纳米膜分层(每个纳米膜只有几个原子那么厚),并具有某些理想的磁性,可以处理大量的自旋波。然后,他们把“这堵墙”放在一种具有特殊晶格结构的磁性材料中间,并将系统整合为一个电路。
在电路的一侧,研究人员激发了材料中恒定的自旋波。当波穿过畴壁时,其磁振子立即沿相反的方向旋转:第一个区域的磁振子向北旋转,而第二个区域的磁振子(越过畴壁)向南旋转。这会导致波的相位(即角度)发生急剧变化,幅度(功率)会略有下降。
在实验中,研究人员在电路的另一侧放置了一根独立的天线,用来检测和传输输出信号。结果表明,在输出状态下,输入波的相位发生 180 ° 的翻转。波的强度,从最高到最低的峰值测量结果也下降了很多。
添加“转矩”来强化功能
在得到上述结果之后,研究人员发现了自旋波与畴壁之间的相互作用,可使他们能够有效地在两种状态之间切换。没有畴壁,电路将被均匀地磁化;而有了畴壁,电路就会产生分裂的调制波。
通过控制自旋波,他们发现可以控制畴壁的位置。这依赖于一种被称为“自旋传递转矩”(spin-transfer torque)的现象,也就是自旋电子本质上震动磁性材料,来翻转其磁性方向。
在研究人员的工作中,他们提高了注入自旋波的能量,以诱发一定程度的磁振子自旋。实际上,这会将畴壁拉向增强波源。在这样处理时,天线下的畴壁被“卡住了”,从而使其无法调制波并确保在此状态下均匀磁化。
他们使用一种特殊的磁式电子显微镜,证明了这种方法可以使畴壁上出现微米级的位移,这足以使它在材料块中的任何位置移动。值得注意的是,几年前就有人提出了磁振子自旋传递转矩的机理,但并没有得到证实。Luqiao Liu 对外表示:“有充分的理由相信机理最终会被发现,而我们的实验证明了在这些条件下实际会发生什么。”
这种新型电路整体上看就像一条自来水管,阀门(畴壁)来控制水(自旋波)如何流过管道(材料)。“但是你也可以想象,当水的压力过高时,它会切断阀门,并将其推到下游。”Luqiao Liu 说,“如果施加足够强的自旋波,我们可以移动畴壁的位置——只不过它是稍微向上游移动,而不是推向下游。”
这样的创新可以为特定的任务提供实用的、基于波的计算,例如被称为“快速傅立叶变换”的信号处理技术。接下来,研究人员希望构建可以执行基本计算的工作波电路。与此同时,他们还需要优化材料,以减少潜在的信号噪声,并进一步研究通过在畴壁周围移动调节两种状态之间的切换速度。“这就是我们的待办事项清单。”Luqiao Liu 说道。
团队华人阵容
Luqiao Liu 的研究团队中有多位华人面孔。他本人毕业于北京大学物理系,之后在康奈尔大学获得应用物理学博士学位。在加入麻省理工学院之前,他是 IBM 沃森研究中心的研究人员,还是 IBM 专利申请成就奖的获得者。他的研究领域是自旋电子学,重点专注于自旋逻辑、非易失性存储器和微波应用的纳米级材料和设备。

图 | Luqiao Liu(来源,MIT)
主持者 Luqiao Liu,是麻省理工学院电子工程与计算机科学系(EECS)Robert J. Shillman 职业发展助理教授。他在 2015 年加入“麻省理工学院电子研究实验室”(RLE),是自旋电子材料和器件组课题组的首席研究员,他的团队共 9 人。
他毕业于北京大学物理系,之后在康奈尔大学获得应用物理学博士学位。在加入麻省理工学院之前,他是 IBM 沃森研究中心的研究人员,还是 IBM 专利申请成就奖的获得者。他的研究领域是自旋电子学,重点专注于自旋逻辑、非易失性存储器和微波应用的纳米级材料和设备。

图 | 自旋电子材料和器件组课题组 (来源:MIT)
Liu 的研究小组致力于通过自旋-霍尔效应或量子拓扑绝缘体研究固态材料中的自旋-轨道相互作用,以实现高效的自旋电流产生和磁矩转换。由于自旋轨道电子器件(或自旋轨道电子器件)的运行是通过纯自旋电流而非电荷电流实现的,因此与传统器件相比,它的功耗要低得多。同时,Liu 也会探讨自旋轨道电子元件在记忆元件及逻辑元件方面的应用。他的团队还在研究电子电荷和自旋在各种材料系统(如反铁磁体和超导体)中的相互作用,并评估利用这些现象实现新型自旋电子的可能性。

图 | Jiahao Han(来源:MIT)
Jiahao Han,“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。

图 | Pengxiang Zhang(来源:MIT)
张鹏翔,“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。2013 年毕业于清华大学材料学院,目前是麻省理工学院研究生科研助理。

图 | Justin T. Hou(来源:MIT)
Justin T. Hou,“麻省理工学院电子研究实验室”自旋电子材料和器件组课题组博士后研究员。

#健康养生[超话]#【有些茶喝多了对身体无益,对肠胃有害,你知道哪些茶不能多喝吗?】

“开门七件事,柴米油盐酱醋茶。”不少养生达人都爱喝茶,茶能消食解腻、利尿、明目,好处真不少。身边有许多爱喝茶的人,特别是一些看似白发苍苍,身体却硬朗的老者,他们的共同爱好就是喝茶,有的可以说是喝了一辈子茶。虽然他们对茶有些研究,深谙茶之道,但对于茶叶的注意事项,还是有几点想要提一下,喝茶虽然健康,但还是要适量,要对应自己的体质,这样喝才会健康。有些茶口感不错,喝多了不仅对身体无益,可能对肠胃有害,你知道哪些茶不能多喝吗?

决明子

可缓解上火和便秘等症状,还能降血脂,可以泡药茶。由于决明子性寒凉,服用过多会损伤正气,伤害脾胃功能,长期用会引起腹泻,平时肠胃不好的人应慎用。

菊花茶

中医认为菊花味甘苦,性微寒,虽然菊花茶可以清热解毒,用菊花泡茶,不宜长期连续饮用,一般一周1-2次为宜。尤其是体虚、脾虚、胃寒及腹泄者尽量少喝!多喝会引起胃及身体不适。

冷茶、烫茶

茶汤太凉不宜喝,容易伤胃,特别是脾胃虚寒的人,对身体有滞寒、聚痰的副作用。而烫茶其实就和不能吃过烫的食物一样,太烫的茶水对人的咽喉、肠胃的刺激较强,易出现溃疡、炎症等症状。茶汤最佳的品饮温度应该是50℃左右。

绿茶

绿茶具有较好的清热利尿的作用,有助于人体将有害物质排出体外,对于身体湿热者效果最好。但是绿茶也是诸多茶类中寒性最强的,对于胃寒者最不适宜。特别对于北方地区气温干燥,人体湿热者较少出现,所以,北方茶友多喝绿茶会出现较多的胃部不适应的情况。龙井、碧螺春、毛尖等都是绿茶,胃疼的人常喝这些茶会引起胃部的不适。

黄茶

黄茶与绿茶的加工方法比较相似,只是在加工过程中加了一道闪黄的程序,使茶叶出现“黄叶黄汤”的情况,属于凉性茶对胃部产生影响较大,市场上主要黄茶品种是君山银针、霍山黄芽等,一般产量较少,主要在本地市场销售,所以很难见到的。

胖大海

可以缓解风热感冒导致的咽喉肿痛、声音嘶哑,常用来泡药茶。但长期喝胖大海茶会出现大便稀薄、胸闷等副作用,突然失音和脾虚的老年人更应慎用。

浓茶

什么是浓茶?通俗的讲,就是投茶量大,冲泡时间过长,味道又苦又涩的茶。画面是不是很熟悉,因为大多数老年人都是这样的泡法。相比淡茶,浓茶所含的咖啡因、茶碱过量,不仅刺激肠胃,还容易使人兴奋,造成心跳加速、心律不齐。如果实在想喝,不妨减少投茶量,比如500毫升的水杯,一两克足矣。

白茶

最些年由于白茶的药用价值逐渐受到人们的重视,所以也越来越多的进入人们的生活中,通常有“一年茶,三年药,七年宝”之说。白茶的主要品种是寿眉、白牡丹,福鼎白茶等,一般而言白茶属于凉性,不宜多喝,但存放时间较长的老白茶,由于存放时间较长得到了一定的氧化发酵,相对而言凉性得到了一定的缓解,可以适当饮用。

变质茶

茶叶具有吸湿性,若存储不当,很容易发生霉变,有的人出于节约,将没有霉变的部分留下,甚至晒一晒就继续泡着喝。然而,变质的茶叶中含有对人体有害的物质和病菌,可能会造成腹痛、腹泻、头晕等现象,是绝对不可以饮用的。另外,就算是好的茶叶若茶汤放置太久,也会因微生物繁殖而变质,也是不宜饮用的。

甘草

能补脾益气、清热解毒,改善心慌气短等症状,但饮用的量和时间必须根据病情轻重调整。由于甘草有类似肾上腺皮质激素的作用,服用过多时会引起血压升高,导致水肿和低血钾。

生普洱

普洱茶是业界公认对人体益处最多的茶类,根据是否经过人工发酵可以分为普洱分为生茶和熟茶两种,熟茶由于渥堆发酵加工,其茶性已经得到缓和并且属于热性茶,所以对于胃寒者较好。但生茶由于茶性较强,对胃会有一些影响,因此有胃病的茶友可适当少喝。

此外,干花泡茶也不是绝对安全,如饮用野菊花茶后,少数人会出现胃部不适、肠鸣、大便稀等症状。老人最好不要将干花、中草药当补品饮用,无论剂量过大还是服用时间过长,都可能发生毒副作用。

如果希望长期喝药茶调理身体,建议咨询中医或药师,严格限制服用剂量和时间。正在服西药的患者更应注意,以免发生相互作用,引起危险。


云安全最容易被忽视的七个问题
云计算于创新有益,却给安全部门制造了麻烦,然而这些麻烦却并非不能避免。
云计算正从 IT 服务交付可选项演变为事实标准。《2019公共云趋势》报告指出,过去八年来,基础设施及服务环境采用率激增,企业采纳率从 17% 上升到 58%;39% 的企业报告称其技术部署完全采用云优先策略。

这对创新而言当然是大大的利好,但对挣扎于追赶云技术、架构和用例持续发展变化的安全部门而言,就不那么美妙了。他们面临的大部分挑战都与可见性有关。云安全联盟最近的报告显示,在公共云上托管有资产的公司中,3/4 将可见性缺乏列为主要挑战。
我们不妨来看看都有哪些造成可见性困扰的云安全盲点。
业务管理IT
忘了 “影子 IT” 或 “流氓 IT” 吧。由业务线利益相关者购买和管理云资产的技术采购模式,正被很多公司企业视为创新驱动力,热切称之为 “业务管理 IT”。《2019 Harvey Nash/毕马威 CIO 联合调查》报告称,当下超过 2/3 的公司企业要么鼓励,要么允许业务管理 IT。因为这么做的公司企业在市场上打败竞争对手的概率,比不这么做的公司企业高 58%,提供积极员工体验的概率高 38%。
问题在于,缺乏来自 IT 和网络安全人员的协作,这些云技术可能成为公司企业的巨大安全盲点。这些公司创新更快,但其安全风险暴露面也是其他公司的两倍。
云错误配置
基础设施即服务 (IaaS) 和云数据存储的错误配置,是当今重大云数据泄露和暴露的主要原因。无论是关闭云提供商标准化的默认安全设置、使用默认密码、特定服务开放不受限访问,还是其他什么操作,错误配置引入的大量隐藏风险,往往是许多令人难堪的安全事件背后的主因。《2019 云安全报告》指出,约 40% 的公司企业认为云平台错误配置是他们的主要安全顾虑。
混合架构
云安全联盟报告表明,约 55% 的公司企业运营者采用混合架构的云计算环境。混合架构为大型企业提供了逐步过渡到云的良好途径,但也引入了安全可见性问题,因为公司很难在整个架构上跟踪资产,也难以跨无数复杂混合云连接监视其上行为。事实上,Firemon 今年早些时候抛出的一个报告显示,80% 的企业受到混合环境安全监管工具复杂性和有限性的困扰。
容器与容器编排
随着公司企业利用容器化的瞬时灵活性与可扩展性,满足软件开发持续集成/持续交付 (CI/CD) 快速发展的需要,云中容器化工作负载和容器编排的使用也飞速跃升。但 Kubernetes 这样的新平台,向云环境引入新型错误配置与漏洞的速度,超出了安全团队保护容器技术工作方式的能力。
AimPoint Group 受 StackRox 委托进行的调查显示,40% 的公司企业如今仍处于规划容器环境安全策略或其基础实施阶段,另有 19% 根本就没有容器环境安全策略。
暗数据
未分类未托管的数据也称为 “暗数据”,是当今大多数企业的严重问题,不管这些数据是在现场还是在云端。根本不知道的资产是无法保护的,所以公司企业在暗数据保护方面束手无策。Vanson Bourne 近期为 Veritas 所做的调查中,暗数据问题在公共云环境中尤为尖锐,3/5 的公司称其公共云数据中已分类部分少于一半。
取证与威胁追捕遥测
安全团队如今面对的一些重大云盲点,与取证和威胁追捕遥测相关。公司企业不仅难以从各种不同云资源获取恰当信息馈送,即便能够获取到正确的信息馈送,他们面临的也是一场硬仗。仅仅是整合数据,并将之与现场遥测关联就已经是一场噩梦——某种形式的多仪表盘盲区呈现在事件响应和威胁追捕团队面前。SANS 研究所指出,能够将自有取证与事件响应工具与其公共云环境集成的公司企业不到 1/3。
多云采购
云安全联盟报告显示,越来越多的公司企业参与多云采购,依赖多家提供商的云环境。大约 66% 的公司企业拥有多云环境,约 36% 依赖多云和混合技术。
这就进一步遮蔽了安全人员的双眼。Securosis 分析师,云安全公司 Rich Mogull 写道:“安全人员面临的问题在于,不同提供商的安全模型和控制区别很大,而且往往文档不全,还完全不兼容。谁要是告诉你通过几节培训课程,在几周或几个月时间里让你掌握所有提供商产品的细微差别,那他要么是无知,要么是在撒谎。只有几年时间的实践经验才能真正理解一家云提供商的安全细节。

本文为转载文章,原文链接:https://t.cn/AirfWOXM


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