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量子世界“穿墙魔法”手册

新思科技 来源:未知 2023-03-31 17:30 次阅读

江湖上一直流传着一种穿墙秘术。

近百年来,根据科学家的猜测和计算,

这种“穿墙术”确有可能,

它的学名叫作“量子隧穿”。

听上去有点离谱,

可在神奇的量子领域,倒也正常。

直到近日,“量子隧穿”这种现象

才被科学家直接观测到。

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量子隧穿是什么

假如你是一颗萌萌的粒子,

想要穿过一堵“墙”。

根据经典物理学

你会碰得鼻青脸肿。

但在量子物理学中,墙的本质是能量势垒

也就是基本无法打破的次元壁。

粒子不仅是物质还是

是波就有微乎其微的几率穿透能量墙,

这就是所谓的“量子隧穿”。

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那么这个几率到底是多少呢?

通过薛定谔方程可以求出穿墙概率。

既然人是由粒子组成的,

我们把人的质量代入方程,

就能得到一个不为0的数值。

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只是这个值在微乎其微面前就是个小老弟。

人差不多由5千亿亿亿个原子组成,

假设一个人的体重50kg,墙厚1m,

能随意穿墙的概率是

101千亿亿亿亿(别数了,35个0)次方分之一

不能说是完全不可能,

只能说是活久永不见。

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量子隧穿的应用

虽然我们暂时穿不了墙,

也许能先穿点其他东西。

如此神奇的量子魔法,

在现实世界其实已经有了不少应用。

比如单电子晶体管隧道二极管

扫描隧道显微镜量子计算机

乃至太阳能电池

都是靠量子隧穿实现的。

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量子隧穿带来的挑战

量子隧穿大法虽好,

但也造就了粒子一身反骨。

对于追求先进工艺的芯片圈来说,

实在是有点令人下头。

随着芯片尺寸不断缩小,

当硅基芯片突破1nm工艺后,

电子任性穿墙的可能性大大提高,

导致芯片性能不稳定、功耗增加、可靠性下降。

f80d0040-cfa5-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

量子芯片中,

隧穿效应帮助量子比特跨越障碍,

提高量子计算的效率准确性

但隧穿效应也会破坏量子比特的状态,

又导致量子计算的错误不稳定性

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解决量子隧穿的方法

考验物理学边界的时候到了,

为了克服量子隧穿效应对芯片的影响,

需要不断开发新的材料、

器件和工艺技术。

目前最流行的方案是从材料端突破,

采用铪和锆的金属氧化物,

来替换芯片的硅基底,

增加电子穿越的难度。

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也可以另辟蹊径,

引入立体的晶体管FinFET

使用更厚的栅极氧化层,

减少漏电流的产生。

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针对“后FinFET”工艺的新一代半导体技术,

新思科技DTCO解决方案

在早期就能做出评估和选择,

实现晶体管架构、材料和其他工艺技术创新。

此外,模拟平台QuantumATK

在建模时打破物理尺寸极限,

从最底层分析未来器件和材料发展,

也能让摩尔定律得以延续。

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原文标题:量子世界“穿墙魔法”手册

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