点亮逻辑

研究人员首次使用电场和紫外线的化学装置进行逻辑运算，这是计算的基础。该设备和开创性的方法使用开放的研究可能性，包括低功耗，高性能的计算机芯片。

计算机需要升级。从智能手表到数据中心，所有计算机都有类似的部件，包括处理器和内存。这些半导体芯片包括硅层上的微型电子晶体管。由于物质在接近的量子尺度上的行为，这种装置不能小得多。因此，工程师们设计了新的方法和材料来执行逻辑和记忆功能。

WPAP6022602东京大学化学和生物技术系的博士生Keiichi Yano、讲师Yoshimitsu Itoh和Takuzo Aida教授及其团队开发了一种装置，可以演示对计算有用的功能。传统的计算机使用电荷来表示二进制数字（1和0），但工程师的设备使用电场和紫外线。这使得低功率运行和产生的热量比基于电荷的逻辑少。

这种装置与目前的半导体芯片也有很大的不同，因为它本质上是化学的，正是这种特性在未来的计算中产生了潜在的实用性。这不仅仅是电力和热效益；这种设备也可以制造的便宜和容易。该装置的特点是，圆盘状和棒状分子在合适的条件下能自行组装成螺旋状阶梯状形状，称为柱状液晶（CLC）。

伊藤说：“我喜欢用化学方法制造一个设备的一点是，它不是‘建造’什么东西，而是更像‘成长’什么东西。”“我们以精密的精度，用不同的功能将化合物诱导成不同的形状。把它看成是化学编程。”

在逻辑运算开始前，研究人员将一个CLC样品夹在两块覆盖有电极的玻璃板之间。偏振光——总是在一个平面上振动——通过样品到达另一侧的探测器。

在样品的默认状态下，CLC以随机定向状态存在，允许光到达检测器。当电场或紫外线单独打开然后关闭时，检测到的输出保持不变。但是，当电场和紫外线一起打开，然后在大约一秒钟后再次关闭时，CLC会以一种阻止探测器与光接触的方式排列起来。

如果光和暗的“输出”状态，以及电场和紫外线的“输入”状态都是指定的二进制数字来识别它们，那么该过程已经有效地执行了所谓的逻辑和功能-对该功能的所有输入必须是“1”，才能使输出为“1”。

“与函数是几种基本逻辑函数之一，但计算中最重要的是非与或非与函数。这是有待进一步研究的几个领域之一，”Yano解释说。“我们还希望提高CLC的速度和密度，使其更实用。我着迷于我们用来制造CLC的自组装分子是如何产生逻辑函数等现象的。”