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超导计算机简介_超导计算机个人资料_超导计算机微博

2018-10-09 01:09:13 科学百科 阅读 44 次

超导计算机/超导计算机 编辑

什么是超导?这是一个迷人的自然现象,在1911年,被荷兰物理学家昂内斯发现。有一些材料,当它们冷却到接近零下273.15摄氏度时,会失去电阻,流入它们中的电流会畅通无阻,不会白白消耗掉。这种情况,好比一群人拥入广场,如果大家不听招呼、各行其是,就会造成相互碰撞,使得行进受阻;但如果有人喊口令,大家服从命令听指挥,列队前进,就能顺利进入广场,超导体的情况就像这样。

可是,超导现象发现以后,超导研究进展一直不快,因为,它可望而不可及。实现超导的温度太低,要制造出这种低温,消耗的电能远远超过超导节省的电能。在80年代后期,情况发生了逆转。科学家取消了休假,把帆布床搬进实验室,研究超导热突然席卷全世界。科学家发现了一种陶瓷合金在零下238摄氏度时,出现了超导现象。我国物理学家找到一种材料,在零下141摄氏度出现超导现象。目前,科学家还在为此奋斗,企图寻找出一种“高温”超导材料,甚至一种室温超导材料。一旦这些材料找到后,人们可以利用它制成超导开关器件和超导存贮器,再利用这些器件制成超导计算机。

超导计算机的性能是目前电子计算机无法相比的。目前制成的超导开关器件的开关速度,已达到几微微秒(0.000000000001秒)的高水平。这是当今所有电子、半导体、光电器件都无法比拟的,比集成电路要快几百倍。超导计算机运算速度比现在的电子计算机快100倍,而电能消耗仅是电子计算机的千分之一。如果目前一台大中型计算机,每小时耗电10千瓦,那么,同样一台的超导计算机只需一节干电池就可以工作了。 

 实验表明,有很多这种超导材料,如铝系、铌系等,可以利用溅射技术或蒸发技术在非常薄的绝缘体上形成薄膜,并制成约瑟夫逊铸件。这种器件是制作超级计算机不可缺少的组件。其结果将使计算机的体积大幅度缩小,能耗大大下降,并且计算速度大大提高。将超导数据处理器与外存储芯片组装成约瑟夫逊式计算机,能获得高速处理能力,速度相当于大型计算机的15倍。

何为超导约瑟夫逊效应呢?从1962年说起。当时的英国剑桥大学物理学家约瑟夫逊预言,因电“库柏对”的隧道效应,用厚度为0.2纳米的绝缘层把两地超导体间隔开后再结合。形成SIS结时,会产生在电压为零时也会出现导电流的现象。
实验证明,这是正确的,为了表彰约瑟夫逊超导计算机,这一现象被称为约瑟夫逊效应。后来进一步研究发现,不仅对SIS结,而且对哪一种超导弱结合都会产生约瑟夫逊效应。这种超导弱结合称为约瑟夫逊结。这样,超导材料的弱电应用并开辟了一条新途径。因此1973年约瑟夫逊获得了诺贝尔物理学奖。
未来的计算机组件都可利用约瑟夫逊效应。其理论上开关动作所需时间为千亿分之一秒,电力消耗只是大规模集成电路的百分之一。但是,现在这种组件计算机的电路还一定要在低温下工作。若将来发明了常温超导材料,计算机的整个世界将改变。