日本东北大学与美国国家标准与技术研究院（NIST）的联合研究团队成功开发出全球首个硅基自旋电子概率比特（p-bit）。该器件采用标准半导体制造工艺在硅芯片上直接集成，已通过实验验证可稳定运行。这项成果为构建大规模自旋电子概率计算机、服务人工智能与机器学习提供了一条可行的硬件路径。

传统计算机使用比特处理数据，每个比特只能处于0或1两种状态之一。这套二进制体系构成了智能手机、超级计算机、数据中心和AI等所有现代数字技术的基石，但它在处理需要搜索海量可能解的问题时天然受限。概率计算机则使用p-bit——一种在0和1之间随机波动的电子元件，借助物理随机性探索众多可能状态，在AI、机器学习和优化任务中展现出独特优势。

在诸多候选技术中，自旋电子学被认为最具前景。这项技术通过操控电子的内禀量子自旋来加工和存储信息，其纳米级磁性器件可借助磁涨落自然产生概率行为——也就是说，“随机性”不是靠算法模拟出来的，而是物理器件本身的内建特性。

研究团队将自旋电子器件直接集成到硅芯片上。他们首先利用美国明尼苏达州半导体公司SkyWater Technology提供的130纳米CMOS工艺制造晶体管和下层互连，随后在东北大学的自旋电子器件制造设施中完成超顺磁纳米器件和上层电极的集成。

制成的芯片成功展示了p-bit运行所需的两项关键特性。其一，输出电压随时间呈现随机波动，器件可在不同状态间自然切换。其二，平均输出可通过外部输入电压进行调控，使概率行为得以精确调节。研究人员表示，这是全球首次在硅芯片上利用半导体集成电路工艺单片集成自旋电子p-bit的实验验证。

“通过进一步推进器件与电路技术、增加集成的p-bit数量，自旋电子p-计算机有望向大规模实际应用迈进。”东北大学在新闻稿中如此总结。该研究已发表于《IEEE Electron Device Letters》期刊。在现有半导体工艺底座上直接长出概率计算单元，这一路径一旦跑通，意味着制造大规模概率芯片无需重建整条晶圆厂——对AI硬件产业而言，这或许比任何单点性能突破都更关键。