+22 голоса |
![Нанокриотрон открывает эффекту Джозефсона путь в компьютерные чипы Нанокриотрон открывает эффекту Джозефсона путь в компьютерные чипы](/files/u5101/fjj8a39o.jpg)
Сверхпроводящие схемы на базе, так называемого, джозефсоновского перехода, таят в себе обещание гигантского скачка в производительности: они смогут работать с тактовой частотой 770 ГГц — в 500 раз больше, чем у процессора для iPhone 6.
Чипы с джозефсоновскими переходами очень сложны в изготовлении, а еще сложнее их миниатюризировать до уровня современных КМОП-устройств. Но главная проблема заключается в том, что для их работы требуется надежное детектирование крайне слабых токов. Все эти трудности на сегодняшний день ограничили практическое применение данной технологии только несколькими узкоспециализированными регистраторами сигналов.
Существенно упростить производство несложных сверхпроводящих устройств может конструкция схем, разработанная в Массачусетском технологическом институте (MIT). О ней рассказывается в статье, опубликованной в последнем номере журнала Nano Letters.
Авторы называют свое изобретение нанокриотрон (или nTron), по аналогии с криотроном — экспериментальной компьютерной схемой, разработанной в 50-е годы профессором MIT Дадли Баком (Dudley Buck). Считавшийся возможной основой для нового поколения компьютеров, криотрон тогда привлек много внимания и государственного финансирования, но, в конечном итоге, был вытеснен интегральными схемами.
nTron состоит из слоя нитрида ниобия, нанесенного на изолятор. Сверху он напоминает букву «Т», вертикальная черта которой подходя к перекладине сужается в десять раз. Скапливаясь в этом «бутылочном горлышке» свободные электроны выделяют тепло, которое распространяется через контакт и разрушает состояние сверхпроводимости нитрида ниобия. Таким образом, ток, пропускаемый через основание буквы «T», может останавливать течение электронов через поперечный проводник, то есть устройство функционирует как вентиль, базовый компонент цифрового компьютера.
В выключенном состоянии коммутатор остается до тех пор, пока место перехода не охладится снова. При использовании жидкого гелия это не занимает много времени, но тем не менее, быстродействие такой схемы вряд ли окажется больше, чем у сегодняшних гигагерцевых процессоров. Это обстоятельство, как указывают авторы, не уменьшает полезности нового устройства для широкого круга приложений, где снижение расхода энергии в 50-100 раз будет важнее, чем рост производительности.
В экспериментах было продемонстрировано, что для переключения нанокриотрона из проводящего в непроводящее состояние достаточно токов и более слабых, чем генерируемые джозефсоновскими переходами. При этом отключаемый ток, проходящий через основную шину, может быть намного больше: достаточным для того, чтобы доставлять информацию другим компонентам системной платы компьютера.
Сверхпроводящие схемы сегодня уже используются в световых сенсорах для квантовых информационных систем, способных регистрировать приход отдельных фотонов. Одно из таких приложений было выбрано авторами для тестирования нанокриотрона. Кроме того, они создали на его основе схему фундаментального компонента цифровой арифметики — двухразрядный сумматор.
По мнению Олега Муханова, технического директора фирмы Hypres, проявляющей большой интерес к новой разработке MIT, nTron выгодно отличается от прочих джозефсоновских устройств прежде всего своей миниатюрностью, фактически, он состоит из двух нанопроводов, а также тем, что, подобно полупроводниковым транзисторам, нанокриотрон имеет не два, а три контакта. «Мы очень серьезно рассматриваем возможность использования nTron в памяти», — заявил он.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
+22 голоса |