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量子世界“穿墻魔法”手冊(cè)

新思科技 ? 來(lái)源:未知 ? 2023-03-31 17:30 ? 次閱讀

江湖上一直流傳著一種穿墻秘術(shù)。

近百年來(lái),根據(jù)科學(xué)家的猜測(cè)和計(jì)算,

這種“穿墻術(shù)”確有可能,

它的學(xué)名叫作“量子隧穿”。

聽上去有點(diǎn)離譜,

可在神奇的量子領(lǐng)域,倒也正常。

直到近日,“量子隧穿”這種現(xiàn)象

才被科學(xué)家直接觀測(cè)到。

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量子隧穿是什么

假如你是一顆萌萌的粒子,

想要穿過(guò)一堵“墻”。

根據(jù)經(jīng)典物理學(xué),

你會(huì)碰得鼻青臉腫。

但在量子物理學(xué)中,墻的本質(zhì)是能量勢(shì)壘

也就是基本無(wú)法打破的次元壁。

粒子不僅是物質(zhì)還是,

是波就有微乎其微的幾率穿透能量墻,

這就是所謂的“量子隧穿”。

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那么這個(gè)幾率到底是多少呢?

通過(guò)薛定諤方程可以求出穿墻概率。

既然人是由粒子組成的,

我們把人的質(zhì)量代入方程,

就能得到一個(gè)不為0的數(shù)值。

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只是這個(gè)值在微乎其微面前就是個(gè)小老弟。

人差不多由5千億億億個(gè)原子組成,

假設(shè)一個(gè)人的體重50kg,墻厚1m,

能隨意穿墻的概率是

101千億億億億(別數(shù)了,35個(gè)0)次方分之一。

不能說(shuō)是完全不可能,

只能說(shuō)是活久永不見。

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量子隧穿的應(yīng)用

雖然我們暫時(shí)穿不了墻,

也許能先穿點(diǎn)其他東西。

如此神奇的量子魔法,

在現(xiàn)實(shí)世界其實(shí)已經(jīng)有了不少應(yīng)用。

比如單電子晶體管、隧道二極管、

掃描隧道顯微鏡、量子計(jì)算機(jī),

乃至太陽(yáng)能電池,

都是靠量子隧穿實(shí)現(xiàn)的。

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量子隧穿帶來(lái)的挑戰(zhàn)

量子隧穿大法雖好,

但也造就了粒子一身反骨。

對(duì)于追求先進(jìn)工藝的芯片圈來(lái)說(shuō),

實(shí)在是有點(diǎn)令人下頭。

隨著芯片尺寸不斷縮小,

當(dāng)硅基芯片突破1nm工藝后,

電子任性穿墻的可能性大大提高,

導(dǎo)致芯片性能不穩(wěn)定、功耗增加、可靠性下降。

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量子芯片中,

隧穿效應(yīng)幫助量子比特跨越障礙,

提高量子計(jì)算的效率準(zhǔn)確性

但隧穿效應(yīng)也會(huì)破壞量子比特的狀態(tài),

又導(dǎo)致量子計(jì)算的錯(cuò)誤不穩(wěn)定性。

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解決量子隧穿的方法

考驗(yàn)物理學(xué)邊界的時(shí)候到了,

為了克服量子隧穿效應(yīng)對(duì)芯片的影響,

需要不斷開發(fā)新的材料、

器件和工藝技術(shù)。

目前最流行的方案是從材料端突破,

采用鉿和鋯的金屬氧化物,

來(lái)替換芯片的硅基底,

增加電子穿越的難度。

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也可以另辟蹊徑,

引入立體的晶體管FinFET,

使用更厚的柵極氧化層,

減少漏電流的產(chǎn)生。

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針對(duì)“后FinFET”工藝的新一代半導(dǎo)體技術(shù),

新思科技DTCO解決方案

在早期就能做出評(píng)估和選擇,

實(shí)現(xiàn)晶體管架構(gòu)、材料和其他工藝技術(shù)創(chuàng)新。

此外,模擬平臺(tái)QuantumATK,

在建模時(shí)打破物理尺寸極限,

從最底層分析未來(lái)器件和材料發(fā)展,

也能讓摩爾定律得以延續(xù)。

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原文標(biāo)題:量子世界“穿墻魔法”手冊(cè)

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