Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 32 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

63
Ожидается, что достоинства элементов на основе квантовых эффектов наибо-
лее полно будут реализованы в так называемых «квантовых компьютерах», для ко-
торых характерен принципиально отличный от традиционного принцип организа-
ции процесса вычислений.
Основным элементом квантового компьютера является «квантовый бит» или
кубит, состояние которого, в отличие от классического элемента с двумя устойчи-
выми состояниями, может изменяться не только путем изменения вероятностей ло-
гических состояний, но также и посредством изменения комплексных амплитуд
этих состояний, что соответствует поворотам вектора состояний в так называемом
гильбертовом двухмерном пространстве состояний [60]. Способность изолирован-
ной квантовой системы из L двухуровневых квантовых элементов находиться в ко-
герентной суперпозиции из 2
L
состояний, характеризующейся 2
L
комплексными
числами и размерностью 2
L
соответствующего гильбертова пространства, позволила
сделать вывод о том, что численное моделирование квантовых систем, содержащих
до ста двухуровневых элементов, практически недоступно классическим компьюте-
рам, но может эффективно осуществляться путем выполнения логических операций
на квантовых компьютерах, действующих на суперпозиции многих квантовых со-
стояний. Кроме того, поскольку законы квантовой физики на микроскопическом
уровне являются обратимыми, то и соответствующие логические квантовые устрой-
ства являются также логически и термодинамически обратимыми, что открывает
недостижимые для современной элементной базы СБИС возможности сокращения
энергии переключения и потребляемой мощности [60].
В настоящее время обсуждается несколько основных направлений развития
элементной базы квантовых компьютеров. В качестве примера остановимся на кван-
товых элементах с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для
управления кубитами.
В [61] предложено использовать в качестве кубитов донорные атомы
31
Р, об-
ладающие ядерным спином 1/2, при сверхнизких температурах Т < 0,1К. Каждый
донорный атом предполагается расположить в полупроводниковой структуре регу-
лярным образом под соответствующим металлическим затвором А, отделенным от
поверхности полупроводника тонким диэлектриком. Затворы образуют линейную
решетку произвольной длины с периодом l (рис. 50) [60].
64
Рис. 50. Схематическая структура двух кубитов с ЯМР
Индивидуальное управление квантовыми операциями осуществляется путем
воздействия резонансных радиочастотных импульсов, подаваемых на определенные
затворы, на ядерные спины соответствующих доноров. Величиной косвенного взаи-
модействия между ядерными спинами соседних доноров, которое обеспечивает вы-
полнение двухкубитовых операций, предполагается управлять при помощи затворов
J, расположенных между затворами А (см. рис. 50) [60].
Рассмотренный вариант элементной базы квантовых компьютеров на практи-
ке пока не реализован [60].
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СБИС
3.1. Физико-топологические модели элементов СБИС
С уменьшением топологических размеров интегральных элементов, проекти-
рование СБИС становится все более сложной задачей. Моделирование приборов,
особенно численное, приобрело огромное значение для выявления ограничивающих
факторов при конструировании субмикронных транзисторов и функциональных
элементов СБИС [62 - 64].
Целью физико-топологического моделирования интегральных логических
элементов СБИС является, как правило, определение электрических параметров по-
лупроводниковых компонентов (то есть исходных данных для электрического моде-
лирования) или распределение по координатам и времени концентраций свободных
носителей заряда и потенциала (или потенциала и квазиуровней Ферми для элек-
тронов и дырок, в зависимости от выбранного базиса переменных), а в общем слу-
чае - нахождение токов и напряжений на внешних выводах компонентов, то есть
определение их вольт-амперных характеристик [62 - 64].
Исходными данными для физико-топологического моделирования являются
геометрические размеры областей компонентов, входящих в состав моделируемого
элемента, граничные условия (например, напряжения на внешних контактах) и фи-
зические характеристики полупроводника (распределение концентрации атомов

Страницы