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快速单通量量子

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电子学领域中,快速单通量量子(英语:rapid single flux quantum,缩写RSFQ;也称快单磁通量子)是一种使用超导设备的数码产品,也称约瑟夫森结, 用来处理数字信号。在RSFQ逻辑中,信息以磁通量量子的形式存储,并以单通量量子(Single Flux Quantum,缩写SFQ)电压脉冲的形式传递。RSFQ是超导或SFQ逻辑英语Superconducting logic的一个家族。其他家族包括Reciprocal Quantum Logic (RQL)、ERSFQ——不使用偏置电阻等元件的节能RSFQ版本。约瑟夫效应是RSFQ电子的有源元件,就像晶体管是半导体电子中的有源元件一样。RSFQ是一种经典数学而非量子计算机技术。

RSFQ与普通计算机使用的CMOS晶体管技术有很大差异:

  • 超导设备需要低温
  • 约瑟夫森结产生的皮秒级SFQ电压脉冲被用于编码、处理和传输数字信息,这代替半导体电子器件中晶体管产生的电压电平。
  • SFQ电压脉冲在超导传输线上的行程非常小,并且如果脉冲的频谱分量不超过超导体能隙的频率,通常可以忽略不计。
  • 在1 ps的SFQ脉冲情况下,电路计时可能达到100 GHz频率(每10皮秒一次脉冲)。

优点

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缺点

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  • 需要低温冷却。传统上这已通过低温液体实现,诸如液氮液氦。最近来说,如脉管制冷机英语Pulse tube refrigerator等封闭式循环制冷机已纳入考虑,它们能避免使用昂贵且需要定期再填充的低温液体。低温冷却还有一个优点是降低了工作环境的热噪声
  • 通过使用高温超导体,冷却的要求可得到放宽。但迄今为止,使用高温超导体仅实现了非常低复杂度的RFSQ电路。据信基于SFQ的数字技术在温度高于~20 K - 25 K时变得不切实际,参数EJ/kBT因温度T的增加导致的减小会导致误码率(热诱发结切换)呈指数增长 ,其中 EJ = IcΦ0/2π 是约瑟夫森能量
  • 静态功耗通常比执行逻辑操作所需的动态功耗大10-100倍,这是其一个缺点。不过,在ERSFQ版本的RSFQ中,通过使用超导电感器和约瑟夫森结而非偏置电阻(静态功耗来源)则完全消除了静态功耗。
  • 由于RSFQ是一种颠覆性技术,专门的教育程度和商业软件仍有待开发。

应用

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参见

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参考资料

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  1. ^ Yerosheva, Lilia Vitalyevna; Peter M. Kogge. High-Level Prototyping for the HTMT Petaflop Machine (2001). Department of Computer Science and EngineeringNotre Dame, Indiana. April 2001 [2017-11-02]. (原始内容存档于2014-09-04). 
  2. ^ Bunyk, Paul, Mikhail Dorojevets, K. Likharev, and Dmitry Zinoviev. "RSFQ subsystem for HTMT petaFLOPS computing." Stony Brook HTMT Technical Report 3 (1997).

拓展阅读

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外部链接

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