Низкотемпературные сверхпроводники – будущее беспроводной связи?

Низкотемпературные сверхпроводники, о перспективах которых говорили еще в 1960-х годах, снова стали актуальной темой для рынка электроники. С появлением программно-управляемых высокочастотных коммуникационных узлов производители заговорили о необходимости поднять скорость работы логических схем. Эту проблему пытается решить компания Hypres.

Исследования низкотемпературной сверхпроводимости, начатые в 1960-е годы с целью изобрести высокоскоростные компьютеры, вскоре закрылись — никто не хотел финансировать сомнительный проект. Возможность для возрождения технологии представил быстрорастущий рынок беспроводной связи. Этому направлению уделяют повышенное внимание военные. Они заинтересовались компанией Hypres, продукты которой, как они надеются, помогут «упаковать» спектр многочисленных военных систем связи в единую программно-управляемую радиосвязь на сверхпроводниках.

«Мы много работаем по грантам SBIR (исследования и инновации малого бизнеса) и правительственным проектам, в частности, JTRS», — сказал исполнительный директор компании Hypres Джек Роуза (Jack Rosa). Он выразил надежду на коммерческое применение разработок.

Hypres совершила первый прорыв на рынок в конце 1980-х, разработав серию современных осциллографов. Сейчас она продает специализированные устройства, например, сверхпроводимые магнитометры для считывания электроактивности головного мозга, лабораторные вольтметры, генераторы стандартного напряжения, а также ряд других коммерческих приборов SQUID (superconducting quantum interference device). «Сверхпроводниковые устройства могут определить напряжение более точно, чем что-либо еще», — сказал г-н Роуза. Разработки стали хорошим бизнесом для Hypres, в частности, после того как бывшие республики СССР начали разрабатывать свои собственные независимые стандарты.

Технология Hypres основана на RSFQ-логике (rapid single-flux quantum), позволяющей кодировать двоичные биты данных в виде квантов магнитного потока, изобретенной Константином Лихаревым и двумя его коллегами из МГУ в начале 1980-х годов, как раз тогда, когда корпорация IBM прекратила исследования в этой области. Ведущий исследователь корпорации Садег Фейрис (Sadeg Faris) ушел из IBM и основал Hypres, куда впоследствии был нанят на работу Лихарев. Сейчас Лихарев занимает в компании должность топ-менеджера. Лихарев также создал лабораторию RSFQ в Госуниверситете Нью-Йорка в Стоуни Брук. Туда были наняты несколько человек из МГУ, работавших над проектом еще в СССР.

RSFQ стала революционной технологией в области создания стабильных логических схем со сверхпроводимыми ниобиевыми соединениями, работающими без сопротивления при температуре около 5°K (-268°C). До появления RSFQ в сверхпроводниковых схемах пытались применять методы обычных полупроводников. Но такой подход не давал больших преимуществ.

Современные схемы RSFQ содержат от 100 до 1 тыс. переходов и работают с частотой 20 ГГц с очень низким рассеиванием тепла. Выполнены они по 3-микронной технологии. Устройства со смешанным сигналом могут легко быть ускорены до 100 ГГц, а рекордная частота, достигнутая в лаборатории — 750 ГГц.