新设计简化超导电路

麻省理工学院研究人员提供了一种新的电路设计，可以解锁实验超导电脑芯片的功率，使简单的超导装置更便宜到制造。

具有超导电路的电脑芯片，电阻零电阻 - 作为当今芯片的节能50至100倍，这是一个有吸引力的特质，因为互联网最受欢迎的网站的大规模数据中心的功耗越来越多。

超导芯片还承诺更大的处理能力：使用所谓的Josephson结的超导电路已经在770千兆赫兹，或iPhone 6中芯片速度的500倍。

但约瑟夫森枢纽芯片很大，难以制造;最重要的是，他们使用这种微型电流使得其计算结果难以检测。在大多数情况下，他们已被降级到一些自定义设计的信号检测应用程序。

在最新问题的纳米信件中，MIT研究人员提出了一种新的电路设计，可以使简单的超导装置更便宜。虽然电路的速度可能不会在今天的筹码中取代，但他们可以解决读出与约瑟夫森连接的计算结果的问题。

麻省理工学院研究人员 - 电气工程研究生和他的顾问，电气工程和计算机科学教授Karl Berggren咨询 - 在Cryotron之后呼叫他们的装置，在20世纪50年代开发的一个实验计算电路由MIT教授Dudley开发巴克。冷冻龙是简要介绍了大量兴趣的对象 - 以及联邦资金 - 作为新一代计算机的可能依据，但它被集成电路黯然失色。

“超导 - 电子社区已经看到了很多新设备来了，没有任何超出基本特征的任何发展，”麦克兰说。“但在我们的论文中，我们已经将我们的设备应用于超导计算和量子通信中未来工作的应用程序。”

超导电路用于光检测器，可以注册单个光粒子或光子的到来;这是研究人员测试纳米伯里龙的应用之一。McCaughan还将几个电路连接在一起，以产生称为半加法器的基本数字算术分量。

抵抗是徒劳的

超导体没有电阻，这意味着电子可以完全畅通地行进。即使是最好的标准导体 - 就像电话线或传统电脑芯片中的铜线一样 - 具有一些阻力;克服它需要操作电压远高于可以在超导体中引起电流的操作电压。一旦电子开始穿过普通导体，它们仍然偶然地碰撞其原子，将能量释放为热量。

超导体是冷却到极低温度的普通材料，其抑制了原子的振动，让电子拉链过去而不会碰撞。Berggren的实验室专注于由氮化铌制成的超导电路，其具有16个开尔文的相对高的工作温度，或减去257摄氏度。这是可以实现的液氦，在超导芯片中，在超导芯片中可能会通过绝缘壳体内的管道系统循环，如冰箱中的氟利昂。

当然，液氦冷却系统将增加超导芯片的功耗。但是，鉴于出发点是传统芯片所需能量的约1％，节省仍然是巨大的。

廉价的超导电路还可以使单光子探测器成为一种更具成本效益的，以构建单光子探测器，任何信息系统的基本组成部分利用量子计算所承诺的计算加速。

设计为t

纳米镍或Ntron - 包括沉积在绝缘体上的单层氮化铌，其图案看起来大致像资本“t”。但是，在T的基础加入横杆时，它只逐渐逐渐逐渐达到其宽度。通过T的底部突然挤压在一起，产生热量，产生热量，辐射到横杆中并破坏氮化铌的超导性。

因此，施加到T基部的电流可以关闭流过横杆的电流。这使得电路是交换机，数字计算机的基本组件。

在底座中的电流关闭后，横杆中的电流将仅在结冷却后恢复后恢复。由于超导体通过液氦冷却，因此不需要长时间。但电路不太可能在今天的筹码中获得1个吉格赫兹。尽管如此，它们对一些低端应用有用，速度与能效不那么重要。

然而，他们最有前途的申请可能正在通过外界访问的Josephson Endions进行计算。Josephson结用微小的电流，直到现在需要敏感的实验室设备来检测。它们不足以将数据移动到本地存储器芯片，更不用说将视觉信号发送到计算机监视器。

在实验中，McCaughan证明了甚至小于约瑟夫森 - 结装置中发现的电流足以使Ntron从导电到非导电状态切换。虽然T基底的电流可以很小，但是通过横梁的电流可能会更大 - 足够大，以便将信息携带到计算机主板上的其他设备。

“我认为这是一个很棒的装置，”Hypres首席技术官Oleg Mukhanov说，超导 - 电子公司，其产品依赖于约瑟夫森连接点。“我们目前在NTRON非常重视以供记住。”

“这台设备有几个景点，”Mukhanov说。“首先，它非常紧凑，因为毕竟，它是一个纳米线。Josephson结合的问题之一是他们很大。如果将它们与CMOS晶体管进行比较，则它们只是物理上更大。第二个是约瑟夫森结是双终端设备。半导体晶体管是三端子，这是一个很大的优势。同样，ntrons是三个终端设备。“

“就记忆而言，”Mukhanov补充说：“也吸引我们的功能之一是，我们计划将其与磁阻闪光装置，MRAM，磁随机接入存储器集成在室温下。这些装置的一个特征是它们是高阻抗。它们处于千克欧姆范围，如果你看看约瑟夫森交叉路口，他们只是几欧姆。因此，存在一个大不匹配，这使得从电气工程的立场匹配这两个设备非常困难。Ntrons是纳米线装置，所以也是高阻抗。它们与磁阻元素自然兼容。“

McCaughan和Berggren的研究由国家科学基金会和国家情报智能高级研究项目活动的活动资助。

出版物：亚当麦卡伦和卡尔·贝尔格伦，“超导纳米线三端电热装置”，2014,14（10），PP 5748-5753; DOI：10.1021 / nl502629x.

研究报告的PDF副本：超导纳米线3端子电子设备

图像：亚当·麦卡伦