👆🏽 🔨 🏦 是否可以编写无结构的对象？ 👨🏾‍🎤 🎴 👋

来自荷兰恩斯赫德的特温特大学（恩斯赫德的特温特大学）的研究人员问：可以对无形状的纳米级物体进行编程以执行数学运算吗？
通过介电电泳将直径为20 nm的金纳米颗粒团置于8个金电极上。
示意图

纳米颗粒的直径为20 nm，并涂有不导电的1-辛烷硫醇（C ₈ H ₁₇ SH），这会在相邻的纳米颗粒之间产生约1.8 nm的间隙。在接近绝对零的温度下，通过这种纳米粒子网络的电传输完全由库仑封锁决定，每个纳米粒子都充当单电子晶体管（SET）。在这项工作中，系统在0.3 K的温度下运行。
因此，将无定形的纳米粒子团放在8个径向电极上，它们之间的距离为200 nm。在这八个电极中，随机选择2个作为输入，一个作为输出，剩下的5个加上基板作为6个控制栅极，向其施加恒定电压。
研究人员追求的第一个目标是在该系统中实现逻辑I运算，使用6个门的直接暴力破解将花费大量时间（估计约为1天）。由于系统的强非线性和大量局部极小值的存在，即使在这样的6维空间中，梯度下降也是无效的。
决定采用遗传算法找到所需的快门配置。
遗传算法方案

施加到门的6个控制电压被认为是“基因组”。最初，随机生成20个基因组。此外，对于每个基因组，将布尔信号0-1-0-1和0-0-1-1馈入输入（P，Q），并将输出信号与所需函数进行比较（P·Q）。
搜索与逻辑AND相对应的输出信号

因此，对于施加在门上的每六个恒定应力（基因组），就确定了“适合度”。然后根据适应性对20个基因组进行了分类，其中5个具有最佳指标。利用这5个亲本基因组，通过克隆（换句话说，直接复制），突变（±1％的小信号变化）和杂交形成了第一代子代基因。对于获得的20个子基因组，重复相同的步骤：测量输出信号，计算适应度，排序，选择最佳基因。使用此算法，科学家可以对他们的无形“设备”进行编程，以执行两个变量的布尔函数，并在同一样本上。
实现基本布尔函数

分别显示了以下属性：
a）与先前状态的独立性：为“与”门找到的基因对于随机输入信号正确工作；
b）温度稳定性：当系统加热到15K，然后冷却到5K以下时，基因组仍可运行。当加热到15K以上时，需要重新编程。
c）随时间推移的稳定性：100小时后，已编程的设备不会失去其性能。
有用的属性

在这项工作中，由于使用了相对较慢的输入信号，因此该算法以〜200个步骤收敛到所需的功能，此过程耗时约1个小时。但是，研究人员认为，通过对其进行优化可以使系统加速100-1000倍。此外，使用较小的纳米颗粒（库仑相互作用将更为显着），我们可以预期这种系统在高达室温的明显更高温度下运行。

因此，在纳米尺度上应用遗传算法使我们能够补偿设备之间的差异以及性能的不确定性，这是微型化的必然产物。

PS感谢 Tiberius的启发。

资料来源：Bose，SK等。无设计的纳米粒子网络演变为可重新配置的布尔逻辑。纳特纳米技术。 10，一〇四八年至1052年（2015年）。doi：10.1038 / nnano.2015.207

是否可以编写无结构的对象？

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