Квантовые компьютеры с низким энергопотреблением уже не за горами

Электроника может стать в 100 раз более энергоэффективной благодаря известному квантовому феномену под названием туннельный эффект.

К 2017 году, по прогнозам экспертов, квантовая физика способна сократить потребление энергии компьютерами и мобильниками в 100 раз. Энергопотребление транзисторами — это ключевой вопрос как для исследователей, так и для производителей. Ученые намерены использовать в своих интересах квантовое туннелирование. Результаты исследования опубликованы в издании Nature.

Транзисторы, использующие квантовые особенности

Современные компьютеры в одном только центральном процессоре содержат не менее миллиарда транзисторов. Именно последние позволяют нам отправлять электронную почту, играть в игры, слушать музыку и многое другое. Технология, используемая в современных транзисторах, называется полевым эффектом. Напряжение формирует электронный канал, который активирует транзистор. Однако полевой эффект скоро достигнет предела, особенно с точки зрения расхода энергии.

Туннельный эффект основан на существенно отличном принципе. В транзисторе две камеры отделены энергетическим барьером. Пока транзистор деактивирован, группа электронов ждет в первой камере, но как только появляется напряжение, электроны пересекают барьер и перемещаются во вторую камеру, активируя тем самым транзистор.

В прошлом, как известно, туннельный эффект нарушал работу транзисторов, разрушая их. Согласно квантовой теории, некоторые электроны пересекают барьер, даже если не обладают достаточным количеством энергии для этого. Если сократить ширину барьера, можно усилить квантовый эффект: энергия, необходимая на преодоление барьера, существенно сокращается.

Массовое производство

Замена полевого эффекта туннельным способна сократить напряжение транзисторов с 1 вольта до 0,2 вольт, пояснил Эдриан Ионеску. В итоге расход энергии сократится в 100 раз. Микрочипы нового поколения будут объединять традиционную технологию и туннельный эффект, и произойдет это, по прогнозам, уже к 2017 году.

23.11.2011