能打造新型CPU的分子元件，if语句攒出决策树，能顶数千晶体管( 二 ) 博雯梦晨发自凹非寺量子位报

如果把高阻值定义为1 ，低阻值定义为0 ，忆阻器就可以同时实现二进制的计算和存储。
忆阻器的这种特性和人类神经元中的突触十分类似，所以基于忆阻器的计算也被称作“类脑计算” 。
忆阻器的基本结构就像一个三明治，由两片金属夹着中间的一层薄膜。

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2008年惠普首次用二氧化钛薄膜研制出金属氧化物忆阻器，后来又发展出二氧化铌、二氧化钒等使用不同材料的忆阻器。
但这些基于金属氧化物的忆阻器有几个共同的弱点。
一个是只能在限定温度范围里工作，还有一个是不够稳定，多次运算的结果在统计上存在偏差。
寻找更好的替代材料就成了关键。
动态可重构的分子忆阻器
严苛的环境限制，不稳定的计算结果，其实都可以归结为没有灵活应对变化环境的能力。
这也是因为，即使是最先进的半导体逻辑电路，也是基于硬连接的阈值开关来执行预订的逻辑功能的。
那么，有没有提高这些逻辑电路性能的方法呢？
研究团队提出了一种思路：将复杂的逻辑功能固定在单个电路元件的材料属性里。
于是，他们设计了一种新的有机分子：

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这是一种由一个金属铁原子作为中心，再结合三个被称为配体的苯基偶氮吡啶有机分子（phenyl azo pyridine organic molecules）形成的“电子海绵” 。
它最多能可逆地吸收六个电子，产生七种不同的氧化还原状态。
这种材料会以一层分子薄膜的形式旋铸在电路的底层电极上。
制成的薄膜经验证，在-40℃到70℃不同温度间进行1300次重复实验能保持稳定。

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另外最底下还有一层电极，是一层60纳米的氧化铟锡（ITO）薄膜，表面涂有场增强的金浸润的纳米盘（gold nano- disks）：

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这样，我们就得到了一种具有特殊分子结构的忆阻器。
在向这种忆阻器施加电压时，它能够具有持续的高电阻和低电阻状态。
而与传统的氧化物忆阻器不同，这种分子忆阻器还能够在高导电性和低导电性之间突然发生转变。
同时，分子忆阻器的当前电导率也取决于曾经的历史状态：

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团队中的Venkatesan对此这样解释：
你可以把这个装置想象成一个开关，当施加负电压时，分子材料中的配体会还原或获得电子，装置会首先从开切换到关，再从关到开，然而在开关两个状态之间不断反复。
通过这种“两极开关”的特性，逻辑操作的输出就能被数字化并存储。
而且控制开关的氧化还原机制是由分子内在的能级结构决定，开关的触发条件非常精准。
为了将这种物理行为与高效的计算联系起来，团队中的Goswami提出，可以从算法层面来理解这种复杂的电流-电压分布：
也就是包含了if-then-else语句的决策树算法。