Кіріспе
Газға толы түтік Криотрон – суперөткізгіштік принципін пайдаланатын коммутатор. Криотрон магниттік өрістердің суперөткізгіштікті жоятыны қағидасы бойынша жұмыс істейді. Бұл қарапайым құрылғы екі суперөткізгіш сымнан (мысалы, тантал мен ниобийден) тұрады, олардың критикалық температурасы (Tc) әртүрлі. Криотронды Массачусетс технология институтының Линкольн зертханасының қызметкері Дадли Аллен Бак ойлап тапты. Бак сипаттағандай, танталдан жасалған (Тc төмен) тік сым ниобий сымымен бір қабатты катушкаға оралған. Екі сым да бір-бірінен электрлік тұрғыдан оқшауланған. Егер бұл құрылғыны сұйық гелийге батырса, екі сым да суперөткізгіш болады және электр тогының өтуіне кедергі жасамаиды. Тантал суперөткізгіш күйде, қалыпты күйімен салыстырғанда, көп мөлшерде ток өткізе алады. Енді, егер ток ниобий катушкасы (танталдың айналасына оралған) арқылы өткізілсе, ол магниттік өріс тудырады, бұл өз кезегінде тантал сымының суперөткізгіштігін азайтады (жояды) және осылайша тантал сымы арқылы өте алатын ток мөлшерін азайтады. Осылайша, тік сымдағы ток мөлшерін орамды сымдағы кішкентай ток көмегімен басқаруға болады. Тантал тік сымын «қақпа» деп, ал оралған ниобийді «бақылау» деп қарастыруға болады. Бактың мақаласында Юри Матисуу криотронның басқару сымынан магниттік өріс арқылы қосылған Джозефсон торабын қамтитын нұсқасын жасады. Ол сондай-ақ дәстүрлі криотронның кемшіліктерін түсіндірді, онда суперөткізгіш материал құрылғыны ауыстыру үшін суперөткізгіш және қалыпты күйлер арасында өтуі керек, демек, салыстырмалы түрде баяу ауысады. Матисуудің криотроны электрондардың қақпа арқылы «жұпталып туннельдеуі» жүзеге асырылатын өткізгіш күй мен тек жеке электрондар ғана туннельдей алатын «кедергі» күйі арасында ауысады. Схема (дәстүрлі криотрон сияқты) белгілі бір күшейтуге (яғни, бірліктен артық пайдаға) қабілетті және 800 пикосекундтан кем ауысу жылдамдығына ие болды. Криогендік салқындату талабы оның практикалық қолданылуын шектесе де, коммерциялық транзисторлар осы көрсеткіштерге жақынға тек 2010 жылдардың соңында ғана жетті. Криотронның әртүрлі түрлеріне қызығушылықтың жаңару кезеңдері болды. IBM 1980 жылдары оларды суперкомпьютерлерде шектеулі қолданбалар үшін сынап көрді, ал (2020 жылға қарай) кванттық компьютерлер прототипіндегі I/O және логикаға олардың әлеуетті қолданылуын зерттеу жүргізілді.
The cryotron is a switch that operates using superconductivity. The cryotron works on the principle that magnetic fields destroy superconductivity. This simple device consists of two superconducting wires (e. g. tantalum and niobium) with different critical temperature (Tc). The cryotron was invented by Dudley Allen Buck of the Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory. As described by Buck, a straight wire of tantalum (having lower Tc) is wrapped around with a wire of niobium in a single layer coil. Both wires are electrically isolated from each other. When this device is immersed in a liquid helium bath both wires become superconducting and hence offer no resistance to the passage of electric current. Tantalum in superconducting state can carry large amount of current as compared to its normal state. Now when current is made to pass through the niobium coil (wrapped around tantalum) it produces a magnetic field, which in turn reduces (kills) the superconductivity of the tantalum wire and hence reduces the amount of the current that can flow through the tantalum wire. Hence one can control the amount of the current that can flow in the straight wire with the help of small current in the coiled wire. We can think of the tantalum straight wire as a "gate" and the coiled niobium as a "control". The article by Buck
Juri Matisoo developed a version of the cryotron incorporating a Josephson junction switched by the magnetic field from a control wire. He also explained the shortcomings of traditional cryotrons in which the superconductive material must transition between superconducting and normal states to switch the device, and thus switch relatively slowly. Matisoo's cryotron switched between a conducting state in which 'pair tunneling' of electrons through the gate took place and a 'resistive' state where only single electrons were able to tunnel. The circuit was (like the traditional cryotron) capable of some amplification (i. e gain greater than unity) had a switching rate of less than 800 picoseconds. Although the requirement for cryogenic cooling limited its practicality, it wasn't until the late 2010s that commercial transistors came close to matching this performance. There have been periods of renewed interest in various types of cryotron. IBM experimented with using them for limited applications in supercomputers during the 1980s, and (as of 2020) there has been some investigation of their potential applications both to I/O and logic in prototype quantum computers.
Мұра
Криотрон Бакқа сол кезде көптеген жаңалықтар агенттіктерімен сұхбаттасу мүмкіндігін берді, оған халықаралық ғылыми даңқ әкелді. Бак қайтыс болғаннан кейін бұл жұмыс тоқтатылса да, құрылғыны зерттеуге қолданылған көптеген техникалар Intel және басқа да чип өндірушілерде, сондай-ақ жаңа және интерактивті компьютерлерді зерттеуде, әсіресе MIT-де пайдаланылды.