最薄的硅芯片线拒绝使用量子


作者:Anil Ananthaswamy在纳米尺度上并非一切都是奇怪的如此小的电线,你期望它们遵守量子力学的奇怪定律,而是显示出与普通电气互连相同的电气特性这一发现预示着传统计算机的良好发展,因为这些微小的导电线可以使芯片更小然而,对于希望接下来的超快速量子计算机来说,这可能是个坏消息到目前为止,传统计算机遵循摩尔定律:传统集成电路芯片可以容纳的晶体管密度大约每两年翻一番,从而能够在更小的设备中实现更好的性能然而,建立较小的互连以加强硅芯片上的器件变得越来越困难随着金属线宽度下降到几十纳米,它们的电阻率会上升,因为电子开始与附近的表面相互作用,消散更多的热量并降低效率此外,随着导线下降到纳米尺度,量子行为通常占主导地位例如,由于称为量子相干性的特性,整个线可以以状态的叠加存在导线中电子的波动行为可能会导致它们相互干扰,从而破坏您希望在更大尺度上看到的电性能现在,澳大利亚悉尼新南威尔士大学的米歇尔·西蒙斯及其同事在一块仅1.5纳米宽的硅芯片上蚀刻了通道,其行为就像更大的电线诀窍是为它们注入磷原子,磷原子提供可以自由移动并导电的电子,将每个通道转变为导线因为除了端部之外的整个导线被封闭在硅中,所以它与其他可能破坏其导电性的表面隔离该团队发现,这些电线传导电力几乎与现代微处理器中使用的最先进的铜互连一样 - 尽管它们更薄此外,当他们制造不同长度的电线时,电线遵循欧姆定律,其中电线的电阻随长度增加 - 非量子或“经典”导体的特性量子行为的缺乏让坦佩亚利桑那州立大学的大卫费里感到惊讶 - 特别是因为实验只用了4.2开尔文 “通常当你去[如此]低温时,你会期望量子力学主宰世界在这里他们有欧姆定律,暗示它就像在室温下的经典行为一样,“他说他估计,导线中的大量磷原子提供了非常高密度的电子(每立方厘米1021个),并且它们的相互散射破坏了任何量子相干性,导致了经典行为这预示着在较高温度下进行实验是个好兆头西蒙斯说:“如果它们在低温下表现典型,那么它们在室温下也可能表现典型”实际上,西蒙斯说,对于那些希望拥有更加精巧的计算设备的人来说,新的电线是个好消息 “这表明你可以保持低电阻率并制造非常薄的导线,这对于缩小器件朝向原子尺度显然是必不可少的,”她说量子计算的含义不太清楚席梦思的研究小组已经证明,单个磷原子可以以自旋态的叠加存在,构成量子计算所需的量子比特或量子比特她认为纳米线可用于互连量子比特并帮助构建量子电路费里认为不然 “这种量子相干性的缺乏对摩尔定律很有好处,但它对量子计算很不利,因为量子计算需要量子相干性这可能使它不太可能发生“期刊参考:科学,DOI:10.1126 / science.1214319关于这些主题的更多信息:
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