超导计算机及超导武器装备

超导技术的发展前景广阔,在国外军事领域受到极大重视。超导计算机具有很高的运算速度和巨大的运算能力,是21世纪超级计算机的发展方向。超导技术将使武器装备发生重大变革。军事C3I系统由于有了超导计算机,能快速、有效地把各种武器系统、各军兵种和各战场连结成一个有机整体。概略介绍超导磁性水雷、超导发动机和超导飞机、超导装甲车和超导导弹、超导电磁推进系统和超导舰艇、超导太空发射器等武器装备的发展前景。

突破能耗屏障 超导计算机技术初探

用超导实现超级计算机?这个问题看起来有点疯狂。但在最近几年,无论是中国、美国还是日本、欧盟的科学家都纷纷加入超导计算机的研发和探索中,希望有朝一日能够实现这种只需要超低功耗就能完成庞大计算的技术。值得关注的是,近期日本横滨国立大学的研究人员在I EEE组织的网站上公布了一篇论文,详细介绍了一种名为MA N A的超导计算架构,而这种架构可能有助于我们实现超导计算,甚至超导超级计算机。

超导计算机最新进展

一、前言超导计算机是指利用超导体约瑟夫逊效应的器件而制造的计算机。约瑟夫逊器件是具有超导体薄膜/极薄的绝缘膜/超导体薄膜这样夹层构造的隧道型超导器件。由于目前高温氧化物陶瓷超导体未能实用,所以现在都使用铌系金属超导体来制造约瑟夫逊器件。因此它们必须在液氦温度(4.2K)下工作。自从1979年美国IBM和IEEE提出了超导计算机的设想后,便开始了超导计算机的历程。约瑟夫逊器件的工作速度比硅器件快10倍以上,因此超导计算机的处理速度也比一般计算机快10倍。由于高速而价格昂贵,使用维护都很麻烦,所以首先把它用于对速度要求高而不怕费钱的巨型计算机上。世界上第一个巨型计算机Cray,其核心部分便使用了约瑟夫逊器件。由于要在液氦下工作,未能获得推广。IBM也因困难太大,于1983年宣布停止进行超导计算机的开发。

浅析超导计算机技术的发展现状

当前计算机技术在人们的生产和生活中发挥着举足轻重的作用,计算机的性能也在不断变化。然而随着硅技术逐渐接近物理极限,以集成电路为核心组件的传统计算机发展遇到瓶颈,对高性能超导计算机技术的研究具有重要的现实意义。本文分析了超导计算机技术的原理及发展现状,对掌握超导技术在计算机领域应用具有参考作用。

超导量子计算Z门波形实时生成方法

针对现阶段超导量子计算机中控制波形生成速度不满足未来实时反馈系统要求的问题,文中设计一种实时的Z量子门控制波形生成电路,并对其中的高斯误差函数提出一种分段拟合和查找表相结合的硬件实现方法。相比于传统方法,该方法在满足速度、精度要求的情况下,能够有效减少资源消耗。在Xilinx公司ZYNQ7000系列FPGA(可编程逻辑门阵列,Field Programmable Gate Array)上完成Z量子门控制波形电路的硬件实现和性能测试。结果表明文中设计的电路能够在5微秒时间内生成Z量子门控制波形,满足未来超导量子计算实时反馈系统的要求。

总线制8量子比特超导量子计算芯片设计与仿真

为了完成Shor算法这类量子计算,需要更多的量子比特参与,同时需要延长量子比特的退相干时间,实现对量子比特更精准的调控。基于对以上要求的综合考虑,Xmon量子比特是一种目前最优的选择。设计了一个以Xmon为计算单元的总线制的8量子比特超导计算芯片,可以实现任意两个量子比特之间的耦合操作。首先根据实验基础设计量子比特与共面波导谐振腔的工作频率、量子比特的非谐性和谐振腔的品质因子。用Matlab软件仿真量子比特的能级,得到约瑟夫森能与电容充电能。其中约瑟夫森能的大小由约瑟夫森结的氧化时间长短控制,电容充电能则主要由Xmon的十字电容决定。由以上参数能够计算出量子比特与谐振腔的耦合强度与耦合电容,谐振腔的物理长度可以根据耦合电容的物理尺寸进行调节。然后根据不同的衬底工艺使用不同线宽以满足输入阻抗匹配的要求。使用Ledit绘图软件将以上物理尺寸表现在版图上。取出谐振腔的部分用HFSS软件仿真并调节其频率及品质因子,达到设计要求。量子比特的工作频率在测试时通过输入电流来调控。通过绘图与仿真,完成了一个可用于实验室加工制造并测试的总线制超导量子计算芯片版图。在此基础上,还设计了一种可以降低管脚数量的控制复用方案,为最终实现量子计算打下了一定基础。

超导量子计算任意波形发生器输出一致性校准的设计与实现

超导量子计算中量子比特的控制是通过实验室自主研发的任意波形发生器(AWG)实现的。为实现高保真度量子门操控,需要对AWG参数进行标定使得各通道输出具有一致性。本文为超导量子计算集成测控系统设计了AWG输出一致性校准,包括增益校准和偏置校准。该校准采用LabRAD框架,满足了校准任务的并行和可扩展性要求;通过分析码值与电压的关系,实现了高效精确的校准,比如将所有AWG通道的增益参数误差校准到10-3,偏置参数误差校准到10-6,满足了高保真度量子操控对AWG的精度要求。校准后测得各通道的电压-码值曲线基本重合,误差在10-4,能够满足超导量子计算中AWG的输出一致性要求。

面向超导量子器件的封装集成技术

超导量子比特因其半导体工艺兼容性强,可扩展潜力大,易于操控、读出与耦合,是现阶段最有希望实现可扩展通用量子计算机的技术路线之一。然而,通用量子计算的实现需要百万量级的超导量子比特作为硬件基础,因此相应的封装架构需要在可扩展特性、超导材料体系、低损耗电互连、量子比特兼容性、电磁环境优化等方面进行新的探索。分析了传统引线键合在大规模集成过程中遇到的主要技术瓶颈;介绍了面向超导量子器件开发的一系列特殊互连架构,对其优势和局限性进行了探讨;详细讨论了集成电路领域先进封装技术在超导量子器件中的兼容性问题,主要涵盖倒装键合、硅通孔及系统集成方案3个方面,并对上述封装技术的发展趋势进行了展望。

浅谈超导量子比特封装与互连技术的研究进展

基于超导量子电路的量子计算技术已经在退相干时间、量子态操控和读取、量子比特间可控耦合、中大规模扩展等关键技术上取得大量突破,成为构建通用量子计算机和量子模拟机最有前途的候选技术路线之一。在介绍超导量子比特原理的基础上,结合自主创新成果,对国内外超导量子比特封装与互连技术的发展进行评价,并重点探讨了超导量子比特三维集成封装解决方案以及与外部稀释制冷机测控线路的高密度互连方案,为尽快缩小与国外超导量子计算机的差距提供超导量子比特封装与互连技术支撑。

双定子场调制超导电机超导磁体电磁特性的分析与计算

双定子场调制高温超导电机(double-stator field-modulated high temperature superconducting machine,DSFM-HTSM)是一种新型超导电机,其使用高温超导(hightemperature superconducting,HTS)磁体励磁,且实现HTS磁体的静态密封冷却与电机的无刷化。针对10kW DSFM-HTSM样机使用的100匝BSCCO双饼线圈,结合超导临界态模型和麦克斯韦方程建立其二维电磁场有限元计算模型,对HTS线圈的自场通流过程进行数值模拟,得到线圈电流的分布与变化特征,并求得线圈临界电流;采用边界替换法,对电机额定运行下的HTS线圈进行快速的电磁场有限元计算,求得HTS线圈的交流损耗;最后进行HTS磁体的制造和实验测试,在液氮冷却下线圈临界电流达70A,与理论计算值相符;样机稳定运行,HTS磁体满足设计要求,验证所提分析计算方法的正确性和有效性。

非传统的高性能计算技术

据《自然》周刊蒙特利尔消息:几个很有影响的企业集团要求加拿大联邦政府削减所得税,以劝阻加拿大科学家和技术人员向待遇较高地区——尤其是美国——移民。 这些集团认为,现在已是刻不容缓采取行动的时候了。滑铁卢大学计算机科学系主任尼克·瑟孔说,他的240名明春毕业生中.大约有100名将会到美国找工作。另有报告说,多伦多附近谢里丹学院计算机绘图专业的80名毕业生中已经有半数去了美国。 这些企业对自由党政府的一项有争议的政策表示支持,这项政策计划将国家失业救济计划（UI）中多余的资金转拨十亿美元用于减免所得税。 国家失业救济计划每年都会有剩余的资金,过去五年来这笔资金已经累计达到200亿加元（130亿美元）。法律规定应将这种剩余资金用于减少保险金或增加福利待遇。 但政府做的正相反。近年来,福利低了,保险金高了,政府却利用这笔资金来降低其财政赤字。政府甚至还提出修改福利法,以避免降低保险金和增加福利。

面向21世纪的高性能计算技术

本文阐述了高性能计算技术的重要性;列举了高性能计算技术正在应用和即将应用的领域,并举三个具体的应用例子说明对高性能计算的需求和高性能计算机所起的作用;对高性能计算系统的现状和展望作了一些介绍,包括高性能计算机的体系结构、实现技术、MPP系统存在的问题以及性能进一步提高后对系统软件和算法带来的挑战,并指出为了节省经费,某些需要超高性能计算机的问题可由专用计算机来解决以及网络计算是高性能计算系统的发展新趋势;最后简单介绍高性能计算机的新技术,包括新的半导体技术、光计算技术、超导体计算、量子计算、生物分子计算等。

超导技术在导弹武器系统上的应用

通过对超导技术在数字电路处理中的应用原理论述 ,说明了应用超导计算机技术于导弹武器系统上的优越性和先进性。