超導計算機

超導計算機是利用超導技術生產的計算機及其部件，其開關速度達到幾微微秒，運算速度比現在的電子計算機快，電能消耗量少。超導計算機對人類文明的發展可以起到極大作用。

基本介紹

• 中文名：超導計算機
• 技術：超導技術
• 開關速度：達到幾微微秒
• 超導：迷人的自然現象
• 每小時耗電：10千瓦

簡介

目前製成的超導開關器件的從（0.000000000001秒）的高水平。這是當今所有電子、半導體、光電器件都無法比擬的，比積體電路要快幾百倍。超導計算機運算速度比現在的電子計算機快100倍，而電能消耗僅是電子計算機的千分之一，如果目前一台大中型計算機，每小時耗電10千瓦，那么，同樣一台的超導計算機只需一節乾電池就可以工作了。我國已經開發出世界上運算速度最快的計算機，來自中日歐的競爭促使美國努力開發下一代超導超級計算機，其運算能力可達百億億次級。

研究

實驗表明，有很多這種超導材料，如鋁系、鈮系等，可以利用濺射技術或蒸發技術在非常薄的絕緣體上形成薄膜，並製成約瑟夫遜鑄件。這種器件是製作超級計算機不可缺少的組件。其結果將使計算機的體積大幅度縮小，能耗大大下降，並且計算速度大大提高。將超導數據處理器與外存儲晶片組裝成約瑟夫遜式計算機，能獲得高速處理能力，速度相當於大型計算機的15倍。何為超導約瑟夫遜效應呢?從1962年說起。當時的英國劍橋大學物理學家約瑟夫遜預言，因電“庫柏對”的隧道效應，用厚度為0.2納米的絕緣層把兩地超導體間隔開後再結合。形成SIS結時，會產生在電壓為零時也會出現導電流的現象。實驗證明，這是正確的，為了表彰約瑟夫遜，這一現象被稱為約瑟夫遜效應。後來進一步研究發現，不僅對SIS結，而且對哪一種超導弱結合都會產生約瑟夫遜效應。這種超導弱結合稱為約瑟夫遜結。這樣，超導材料的弱電套用並開闢了一條新途徑。因此1973年約瑟夫遜獲得了諾貝爾物理學獎。未來的計算機組件都可利用約瑟夫遜效應。其理論上開關動作所需時間為千億分之一秒，電力消耗只是大規模積體電路的百分之一。但是，現在這種組件計算機的電路還一定要在低溫下工作。若將來發明了常溫超導材料，計算機的整個世界將改變。

發展

什麼是超導？這是一個迷人的自然現象，在1911年，被荷蘭物理學家昂內斯發現。有一些材料，當它們冷卻到接近零下273.15攝氏度時，會失去電阻，流入它們中的電流會暢通無阻，不會白白消耗掉。這種情況，好比一群人擁入廣場，如果大家不聽招呼，各行其是，就會造成相互碰撞，使得行進受阻；但如果有人喊口令，大家服從命令聽指揮，列隊前進，就能順利進入廣場，超導體的情況就像這樣。

可是，超導現象發現以後，超導研究進展一直不快，因為，它可望而不可及。實現超導的溫度太低，要製造出這種低溫，消耗的電能遠遠超過超導節省的電能。在80年代後期，情況發生了逆轉。科學家取消了休假，把帆布床搬進實驗室，研究超導熱突然席捲全世界。科學家發現了一種陶瓷合金在零下238攝氏度時；出現了超導現象。我國物理學家找到一種材料，在零下141攝氏度出現超導現象。目前，科學家還在為此奮鬥。企圖尋找出一種“高溫”超導材料，甚至一種室溫超導材料。一旦這些材料找到後，人們可以利用它製成超導開關器件和超導存貯器，再利用這些器件製成超導計算機。

超導計算機