
【計】 cryotron computer
cold; cold in manner; shot from hiding
【醫】 algor; cry-; crymo-; cryo-; krymo-; kryo-; psychro-
【機】 leaven
canal; duct; fistula; guarantee; meatus; pipe; tube; wind instrument
【化】 pipe; tube
【醫】 canal; canales; canalis; channel; duct; ductus; salpingo-; salpinx
syringo-; tuba; tube; tubi; tubing; tubo-; tubus; vas; vaso-; vessel
adding machine; calculating machine; calculator
【計】 brain unit; computer; computing machinery; computor; FONTAC; ILLIAC IV
【經】 calculating machine
"冷子管計算機"是低溫超導計算機(Cryogenic Computer)的簡稱,其核心組件為基于約瑟夫森效應(Josephson effect)的冷子管(Cryotron)。該技術通過超導材料在接近絕對零度(-273.15°C)環境下實現零電阻電流傳輸,主要應用于量子計算原型機與高能物理實驗設備。
根據美國國家标準與技術研究院(NIST)研究,冷子管的運行需依賴液氦冷卻系統,其開關速度可達皮秒(10⁻¹²秒)級,能耗僅為傳統矽基晶體管的千分之一(來源:NIST超導電子實驗室報告)。日本理化學研究所(RIKEN)2023年實驗數據顯示,基于铌钛合金的冷子管陣列在4K溫度下可實現每秒10¹⁴次邏輯運算(來源:RIKEN量子創新中心年度白皮書)。
當前該技術面臨兩大挑戰:①超導材料制備需在無塵室進行分子束外延生長,成本高達每平方厘米$5,000(來源:IEEE Transactions on Applied Superconductivity);②維持毫開爾文(mK)級低溫環境的制冷系統體積龐大,如IBM量子計算機的稀釋制冷機重達2.3噸(來源:IBM Quantum System One技術規格書)。
“冷子管計算機”是一個具有特定曆史背景的技術術語,其含義需要結合超導技術發展史來理解:
1. 定義與構成
冷子管計算機(Cryotron Computer)指以冷子管(cryotron)為核心邏輯元件的早期計算機。冷子管是由美國麻省理工學院研究生Dudley Allen Buck于1954年發明的超導開關裝置,利用某些金屬在接近絕對零度時的超導特性實現電流控制。
2. 技術原理
冷子管由兩條金屬線構成:一條是钽線(控制線),另一條是铌線(門線)。當控制線通電産生磁場時,會破壞铌線的超導狀态,從而改變其電阻值實現電路通斷。這種原理使其成為最早的超導電子器件之一。
3. 曆史意義
4. 現狀
由于低溫維持成本過高,且1960年代矽基半導體技術快速發展,冷子管計算機未實現商業化。但相關研究仍被視作低溫物理與計算機技術交叉創新的裡程碑。
需要說明的是,當前中文術語中“冷子管”已較少使用,更常見表述為“超導開關管”或直接使用英文cryotron。
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