Современная электроника №2/2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2022 но же, возникают проблемы не только с теплоотводом. Предположим, что вы используете 16-ядерный компьютер с однонанометровым процессором, тог- да возникает угроза возгорания, посколь- ку на практических терагерцах такой процессор потребляет десятикиловатт- ные уровни электроэнергии с частотой 50 Гц, преобразованной хотя бы в СВЧ ВИПпорядка 1,0 гигагерц, –мыдолжны иметь серию блоков ВИП с энергоплот- ностью до 200 кВт/дм 3 . Добавим сюда и электромиграцию в топологических многоуровневых проводящих дорожках, имеющих вероятный контакт с активны- ми зонами транзистора ≈ 2 × 2 нанометра, или 4 × 10 –14 см 2 , т.е. мыможемиметь пото- лочный ток через единичный транзистор не более 20…40 наноампер или в целом через общий кристалл процессора (при полной загрузке) – ток порядка 800 А. Следовательно, не всё так просто выглядит с применением 0,2 трилли- онных по плотности транзисторов – процессоров фабрики TSMC. Другими словами, «софт» – это один вопрос, а «электроника» – другой, вклю- чая флюенсовые СВЧ ВИП, которые на кремнии создать невозможно. Кро- ме того, необходимо обратить внима- ние на соседний с микропроцессором (грубо говоря – вычислителем) эле- мент в виде DMOS (diffusedmetal-oxide semiconductor) ОЗУ, который по плот- ности транзисторов на чип мало уступа- ет главному «мозгу» цифровой системы. Можно ли пойти другим путём, поста- вив следующие задачи: 1)снизить энергопотребление тера- герцового компьютера (львиная до- ля которого приходится на процес- сорный чип); 2) сократить размеры будущих терагер- цовых компьютеров хотя бы до уров- ня габаритов ноутбука; 3) довести скоростные характеристики «вычислителя» и ОЗУ до уровня де- сятков/сотен Тбит/с? Всё это возможно. Но для этого необ- ходимо следующее: ● общая культура; ● глубокие знания в области ФТТ и ядерной физики; ● наличие материально-технологиче- ской базы; ● финансирование; ● политическая воля. Многие компании мира, в частно- сти IBM, Microsoft, Intel, Honeywell, Amazon, D-Wave, а также наши оте- чественные госкорпорации («Рос- атом», «Ростех»), ВУЗы и инновацион- ные центры (МФТИ, МГУ, «Сколково», Российский квантовый центр) заня- ты решением задач по созданию так называемых квантовых компьютеров. Первуюмодель квантового компьюте- ра создал великолепный физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман (США), а в СССР этой проблемой зани- мался известный во всём «электрон- ном» мире физик К.А. Валиев, с кото- рым один из авторов этой статьи лично обсуждал вопросы создания квантово- го компьютера и физику его работы. Физические принципысоздания кван- товых компьютеров, на которых разра- батываются их конструкции, следующие: 1) спинтроника (спиновая электроника); 2) сверхпроводимость; 3)фотоника; 4) одиночные атомы (холодные ионы). Не будем вдаваться в подробности каждого метода, будь то квантовая запутанность и телепортация спин- энергосостояния, или ридберговский атом рубидия (Rb), или куперовские пары. Подчеркнём лишь то, что прак- тически во всех вышеназванных мето- дах реализации «квантовой цифры» на кубитах (квантовых битах в сочета- нии с принципом Гейзенберга) нужны очень низкие криогенные температуры и танки (резервуары) с жидким азотом, а также теплоизолирующие саркофаги. Кроме того, квантовая запутанность на кубитах может давать сбои при малей- шем отклонении условий для кубитного исчисления, хотя в узком применении такие машины незаменимы, напри- мер, в квантовой химии, криптографии, медицине, космических расчётах и др. Фотоника стоит особняком, но и здесь имеются проблемы, такие как: ● проблема волноводного распределе- ния фотонов от ЛД (лазерного диода); ● рассеяние и затухание «света»; ● размывание «колокола» светового импульса; ● мощность ЛД; ● отсутствие «светового» по скорости ОЗУ; ● медленный интерфейс; ● очень медленный (на три порядка «не успевающий» за оптическим (фотон- ным) микропроцессором) АЦП. Можно ли решить вышеуказанные проблемы? Да, это можно сделать на основе нетрадиционной безынжек- ционной фотоники. В России всё для этого есть. Подчер- кнём – в России всё есть для реализации терагерцового, не криогенного, с низ- ким энергопотреблением суперкомпью- тера в формате планшета. Далее приве- дём некоторые детали по этому вопросу. Общие физические и технологические принципы построения сверхкомпактного настольного суперкомпьютера с низким энергопотреблением Этой проблемой также занимают- ся во многих странах мира, в частно- сти, выстраивая цифровые вычисления на методе Фурье, исчислении на осно- ве римских цифр и других. «Аналого- вая цифра» – это далеко не иллюзия, и она, в принципе, создаёт условия для реализации скоростей как тера-, так и петабит/с, в том числе с переходом на мультикодовое исчисление. Мы, с учётом понимания отечествен- ных подходов к созданию квантового суперкомпьютера, немного усложнили себе задачу и предлагаем построение суперкомпьютерана следующихфизиче- скихпринципахиконструктивно-техно- логическихрешениях, на чтоне требует- ся около третимлрд долларов, с итоговой «квантовой запутанностью», а именно: 1)создание квантово-точечных локаль- ных безынжекционных когерентных спин-противофазных 2-фотонных генераторов (с нулевой амплитудой световой волны); 2) принцип Паули для s-электронов; 3) авторская теория мультизонной про- водимости (дополнение к зонной тео- рии: от У. Шокли доЖ.И. Алфёрова [3]); 4) эффекты Штарка и Франца Келды- ша (сверхполевое туннелирование зона/зона); 5) авторская теория цифровой фоно- ники [4] на базе основ теории поля- ризации в твёрдых телах [4], явления усиления света в твёрдых телах [5]; 6) теория терагерцового транспорта электромагнитной энергии [4] в ди- электрических кристаллах, содер- жащих атомы Ga, или Al, или одно- временно; 7)исключение «шариковой» модели атома по Резерфорду – Бору (это уже вчерашний день) или возврат к нео- пределённости Гейзенберга; 8) теория Ричарда Фейнмана о физиче- скомвакууме, точнее, обэнергии «твёр- дого вакуума» в диэлектриках (межа- томномпространстве, достигающемот 25%вAlNидо34%, например, в i-GaAs); 9) квантово-точечная энергия Пойн- тинга при построении релятивист- ского ОЗУ (RAM); 10) явление комнатной сверхпрово- димости в нанослоевых атомных пе-