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快速单通量量子

在电子学领域中，快速单通量量子（英语：rapid single flux quantum，缩写RSFQ；也称快单磁通量子）是一种使用超导装置的数码产品，也称约瑟夫森结, 用来处理数码信号。在RSFQ逻辑中，资讯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——不使用偏置电阻等组件的节能RSFQ版本。约瑟夫效应是RSFQ电子的有源组件，就像晶体管是半导体电子中的有源组件一样。RSFQ是一种经典数学而非量子电脑技术。

RSFQ与普通电脑使用的CMOS晶体管技术有很大差异：

  • 超导装置需要低温。
  • 约瑟夫森结产生的皮秒级SFQ电压脉冲被用于编码、处理和传输数字资讯，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，诸如液氮和液氦。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的数码技术在温度高于~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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