La lógica superconductora se refiere a una clase de circuitos lógicos o puertas lógicas que utilizan las propiedades únicas de los superconductores , incluidos cables de resistencia cero, interruptores de unión Josephson ultrarrápidos y cuantificación del flujo magnético (fluxoide). La computación superconductora es una forma de computación criogénica , ya que los circuitos electrónicos superconductores requieren enfriamiento a temperaturas criogénicas para su funcionamiento, típicamente por debajo de 10 kelvin . A menudo, la computación superconductora se aplica a la computación cuántica , con una aplicación importante conocida como computación cuántica superconductora .
Los circuitos lógicos digitales superconductores utilizan cuantos de flujo único (SFQ), también conocidos como cuantos de flujo magnético , para codificar, procesar y transportar datos. Los circuitos SFQ están formados por uniones Josephson activas y elementos pasivos como inductores, resistencias, transformadores y líneas de transmisión. Mientras que los voltajes y los condensadores son importantes en los circuitos lógicos de semiconductores como CMOS , las corrientes y los inductores son más importantes en los circuitos lógicos SFQ. La energía puede ser suministrada por corriente continua o corriente alterna , dependiendo de la familia lógica SFQ.
La principal ventaja de la computación superconductora es la eficiencia energética mejorada sobre la tecnología CMOS convencional . Gran parte de la energía consumida y el calor disipado por los procesadores convencionales proviene del movimiento de información entre elementos lógicos en lugar de las operaciones lógicas reales. Debido a que los superconductores tienen una resistencia eléctrica nula , se requiere poca energía para mover bits dentro del procesador. Se espera que esto resulte en ahorros en el consumo de energía de un factor de 500 para una computadora a exaescala . [1] A modo de comparación, en 2014 se estimó que una computadora FLOPS de 1 exa y construida con lógica CMOS consumía unos 500 megavatios de energía eléctrica. [2] La lógica superconductora puede ser una opción atractiva para las CPU ultrarrápidas, donde los tiempos de conmutación se miden en picosegundos y las frecuencias operativas se acercan a los 770 GHz. [3] [4] Sin embargo, dado que la transferencia de información entre el procesador y el mundo exterior todavía disipa energía, la computación superconductora se consideró adecuada para tareas de computación intensiva donde los datos permanecen en gran medida en el entorno criogénico, en lugar de big data. Aplicaciones en las que se transmiten grandes cantidades de información desde fuera del procesador. [1]
Dado que la lógica superconductora admite arquitecturas y algoritmos de máquinas digitales estándar, la base de conocimientos existente para la computación CMOS seguirá siendo útil para construir computadoras superconductoras. Sin embargo, dada la disipación de calor reducida, puede permitir innovaciones como el apilamiento tridimensional de componentes. Sin embargo, como requieren inductores , es más difícil reducir su tamaño. A partir de 2014, los dispositivos que utilizan niobio como material superconductor que operan a 4 K se consideraron de última generación. Los desafíos importantes para el campo fueron la memoria criogénica confiable, así como el paso de la investigación sobre componentes individuales a la integración a gran escala. [1]
El recuento de uniones de Josephson es una medida de la complejidad del dispositivo o circuito superconductor, similar al recuento de transistores utilizado para los circuitos integrados de semiconductores.
La Agencia de Seguridad Nacional de EE. UU. Ha realizado investigaciones sobre computación superconductora desde mediados de la década de 1950. Sin embargo, el progreso no pudo seguir el ritmo del rendimiento cada vez mayor de la tecnología CMOS estándar. A partir de 2016, no hay computadoras superconductoras comerciales, aunque la investigación y el desarrollo continúan. [5]