Если частица подчиняется законам квантовой механики, то даже несмотря на недостаток энергии она с определенной вероятностью может покинуть потенциальную яму (явление туннельного эффекта).
Потенциальный барьер - область пространства, разделяющая две другие области с различными или одинаковыми потенциальными энергиями. Характеризуется «высотой» - минимальной энергией классической частицы, необходимой для преодоления барьера. Если частица подчиняется квантовым законам, то даже несмотря на недостаток энергии она с определенной вероятностью может преодолеть потенциальный барьер (явление туннельного эффекта).
Минимальный размер потенциальной ямы определяется предельной локализацией частицы, которую можно оценить по периоду кристаллической решетки. Поскольку в современных системах на бит информации приходится > 100 частиц, предельный размер на бит информации -
4-5 периодов решетки.
Минимальная глубина потенциальной ямы (высота потенциального барьера) определяется средней энергией теплового возбуждения частицы (3/2 kT), которой должно быть недостаточно для покидания ямы.
Это же определяет минимальные затраты энергии (
10-17-10-18 Дж) и выделение тепла при перезаписи одного бита информации.
1998 - IBM, технология «кремний на изоляторе» (КНИ, SOI): на кремниевой пластине формируется слой SiO2 (изолятор), а поверх него - тонкий слой Si.
В 2004 технологию «напряженный» кремний» Intel и AMD применили для техпроцесса 90 нм. Для
65 нм была внедрена ионная имплантация германия и углерода в исток и сток. Германий
«раздувает»
концы транзистора и сжимает канал, что увеличивает скорость дырок (основных носителей заряда в p-канальных транзисторах). Углерод сжимает исток и сток, что растягивает n- канал, увеличивая подвижность электронов. Также весь p-канальный транзистор покрывается сжимающим слоем нитрида кремния
Для 90-нм техпроцесса толщина затвора уменьшилась до 1,2 (Intel) - 1,9 (Fujitsu) нм при периоде решетки кремния - 0,543 нм. В таких условиях электроны начинают туннелировать через диэлектрик, что приводит к утечке тока. Поэтому для 65-нм техпроцесса уменьшились все параметры транзистора, кроме толщины затвора.
За счет использования слоя оксинитрида кремния-гафния (HfSiON, k = 20-40) толщиной 3 нм в технологическом процессе 45-нм удалось уменьшить утечки тока в 20-1000 раз.
Углеродные нанотрубки - длинные цилиндрические структуры (диаметр от
одного до нескольких десятков нанометров, длина до нескольких сантиметров), состоящие из одной или нескольких свернутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферой, которая может рассматриваться как половина молекулы фулерена.
51. Вычисления в «классических» и «квантовых» компьютерах. Биты и кубиты.
«Квантовые» алгоритмы.
Квантовый компьютер - вычислительное устройство, которое работает на основе квантовой механики и принципиально отличается от классических компьютеров.
Для вычислений квантовый компьютер использует не обычные (классические) алгоритмы, а квантовые алгоритмы, реализуемые в процессах квантовой природы. За счет этого используются квантовый параллелизм и квантовая запутанность.
Квантовый алгоритм - алгоритм, предназначенный для выполнения на квантовом компьютере.
Квантовый
алгоритм - классический алгоритм, который задает последовательность унитарных операций с указанием, над какими именно кубитами их надо совершать. Алгоритм задается либо в виде словесного описания команд, либо с помощью их графической записи в виде системы вентилей (quantum gate array).
Результат работы алгоритма всегда носит вероятностный характер. Однако за счет сравнительно небольшого увеличения числа операций в алгоритме вероятность получения правильного результата может быть сделана сколь угодно близкой к единице.
52. Как построить квантовый компьютер? Когерентность состояний. Особенности
«квантовых» вычислений. Разрушение когерентности как источник ошибок при
«квантовых» вычислениях и их коррекция.
Бор постулировал, что электроны в атоме могут двигаться только по определенным
(стационарным) орбитам, находясь на которых они вопреки классической физике не излучают.
Излучение и поглощение происходят только в момент перехода с одной орбиты на другую.
Основа квантовой механики –
уравнение Шредингера, которое описывает эволюцию волновой функции квантовой системы.
Квантовая (когерентная) суперпозиция - суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно (с классической точки зрения – взаимоисключающих состояний).
Когерентность – коррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.
Квантовая перепутанность (запутанность) – квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми.
Источник перепутанных фотонов - нелинейный кристалл, в котором за счет спонтанного параметрического рассеяния фотонов определенной частоты
рождаются два конуса излучения разной поляризации, несущие пары перепутанных фотонов (бифотонов).
Квантовая телепортация (1993) - передача квантового состояния на расстояние при помощи разъединенной в пространстве перепутанной пары и классического канала связи.
Квантовый компьютер - вычислительное устройство, которое работает на основе квантовой механики и принципиально отличается от классических компьютеров.
Для вычислений квантовый компьютер использует не обычные (классические) алгоритмы, а квантовые алгоритмы, реализуемые в процессах квантовой природы. За счет этого используются квантовый параллелизм и квантовая запутанность.
Оптически контролируемые кубиты. Тонкая пленка Si наносится на кварцевую или алмазную подложку, после чего заполняется донорами: кубитами (красные частицы) и управляющими элементами (зеленые частицы).
Скачать 1.15 Mb.