Форма обучения:
дистанционная
Стоимость самостоятельного обучения:
бесплатно
Доступ:
свободный
Документ об окончании:
 
Уровень:
Для всех
Длительность:
16:29:00
Студентов:
280
Выпускников:
3
Курс по наноэлектронной элементной базе информатики посвящен качественно новым подходам (сверхпроводники, молекулярная электроника, квантовые вычисления).
В курсе описан переход от наноэлектронных элементов к элементам молекулярных масштабов, изложены принципы функционирования и построения схем быстрой одноквантовой логики, рассказано об устройстве фуллеренов, металлофуллеренов и углеродных нанотрубок (УНТ). Описаны уже практически реализованные на сверхпроводящих кубитах квантовые процессоры.
Специальности: Разработчик аппаратуры
ISBN: 978-5-9556-0167-0
 

План занятий

Занятие
Заголовок <<
Дата изучения
Лекция 1
1 час 5 минут
Сверхпроводниковая электроника
Цель лекции: Напомнить студентам важные сведения о явлении сверхпроводимости, о свойствах сквидов, о переходах Джозефсона и их свойствах. Ознакомить с принципами работы логических схем на криотронах, магнитометров на переходах Джозефсона. Объяснить принципы работы таких многоканальных магнитометров на сквидах, как магнитокардиографы, магнитоэнцефалографы, сквид-микроскопы. Ознакомить с их возможностями и с другими применениями сквидов.
-
Тест 1
24 минуты
-
Лекция 2
37 минут
Быстрая одноквантовая логика
Цель лекции: Объяснить физику формирования на шунтированных переходах Джозефсона пикосекундных одноквантовых импульсов напряжения и принципы построения основных схем быстрой одноквантовой логики. Показать преимущества схем на такой логике. Ознакомить с достигнутыми в этой области техники результатами.
-
Тест 2
24 минуты
-
Лекция 3
1 час 43 минуты
Свойства молекул, лежащие в основе молекулярной элементной базы информатики
Цель лекции: подготовить студентов к "квантово-механическому стилю мышления" в области молекулярной элементной базы информатики, поскольку молекулы – это уже целиком квантовые объекты. С этой целью напомнить понятие об атомных и молекулярных орбиталях, рассказать о возможности их гибридизации, об энергетических спектрах атомов и молекул, об их пространственных конфигурациях, способности к поляризации электронных оболочек, взаимодействии спинов электронов и ядер. Ознакомить с основными достижениями супрамолекулярной химии. Подчеркнуть, что любое из свойств молекул можно применить для кодирования, передачи, хранения и обработки информации. Более детально остановиться на способности многих молекул к селективному "распознаванию" и объяснить принципы построения молекулярных сенсоров с люминесцентным маркером и сенсоров на наночастицах металлов, привести примеры их применения.
-
Тест 3
24 минуты
-
Лекция 4
1 час 4 минуты
Молекулы как элементы устройств памяти, логики и отображения информации
Цель лекции: показать возможности реализации разных вариантов памяти с использованием того или иного устойчивого свойства молекулы, – переориентации дипольного момента, изменения пространственной конфигурации, с применением ротаксанов и т.п. Ознакомить с возможностями построения потенциальной логики на относительно простых молекулах. Объяснить электропроводность молекул со сквозными pi-связями, объяснить понятия молекулярных орбиталей HOMO и LUMO, "донорных" и "акцепторных" химических групп в таких молекулах. Привести пример реализации молекулярного транзистора и указать на возможность создания на таких транзисторах переключателей, сверхбыстрых логических схем, сенсорных элементов. Объяснить принципы построения с помощью молекул устройств визуального отображения информации. Обратить внимание на уже созданные предпосылки для становления новейшей "молекулярной технологии" формирования устройств молетроники.
-
Тест 4
24 минуты
-
Лекция 5
1 час 11 минут
Фуллерены, углеродные нанотрубки и прочие кластеры
Цель лекции: показать способность атомов углерода выступать во многих разных химических "ипостасях", указать на то, что по многообразию возможных химических связей им нет равных среди всех других элементов периодической системы. Ознакомить с такими новыми формами существования углерода, как углеродные нанотрубки (УНТ), фуллерены, "луковицы", с их уникальными свойствами, с возможностями капсулирования в них других атомов, ионов, малых молекул, с возможностями химической "специализации" УНТ и фуллеренов. Объяснить структуру УНТ и зависимость их электропроводности от особенностей структуры. Ознакомить с технологиями изготовления УНТ. Показать перспективы формирования на основе УНТ и фуллеренов наноразмерных межсоединений и резисторов интегральных схем.
-
Тест 5
24 минуты
-
Лекция 6
1 час 17 минут
Применения УНТ и фуллеренов в информатике
Цель лекции: ознакомить с основными вариантами реализации транзисторов и наноэлектромеханических реле на УНТ и логических схем на их основе. Объяснить, как работают построенные на УНТ варианты флеш-памяти с плавающим затвором, с зарядовыми ловушками, на элементах с изменением фазового состояния, а также 2 варианта электромеханической памяти. Показать перспективы применения УНТ для построения сенсоров и устройств визуального отображения информации.
-
Тест 6
24 минуты
-
Наноэлектронная элементная база информатики на основе графена
Цель лекции: Ознакомить студентов со структурой и свойствами графена, с возможностями его химической модификации, с понятием двумерного кристалла. Объяснить принципы построения полевых транзисторов на сплошных пленках и на узких полосках графена, построения химически чувствительных полевых транзисторов (ХЧПТ) и других сенсоров на основе графена. Дать краткий обзор методов изготовления графена и графеновых полосок.
-
Тест 7
24 минуты
-
Лекция 8
1 час 34 минуты
Принципы квантовых вычислений
Цель лекции: Напомнить важнейшие для данной темы положения квантовой механики. Ознакомить с понятиями и особенностями кубита, квантового регистра, однокубитных и многокубитных квантовых логических операций. Объяснить понятие квантовых алгоритмов, квантовых логических схем. Рассказать о наиболее успешных квантовых алгоритмах, об отличии классов сложности задач для классических и для квантовых вычислений. Ознакомить с явлением декогерентизации и с возможностями квантовой коррекции ошибок, с широким спектром предложенных физических реализаций кубитов и квантовых регистров. Описать общую структуру аппаратуры для квантовых вычислений и организацию ее работы. Сформулировать основные технические требования к элементной базе квантовых процессоров.
-
Тест 8
24 минуты
-
Лекция 9
1 час 35 минут
Квантовые процессоры на основе спинового магнитного резонанса
Цель лекции: Объяснить принципы работы спиновых кубитов и возможности выполнения квантовых логических операций над ними с помощью импульсов резонансного поперечного магнитного поля. Ознакомить со структурой и принципами функционирования нескольких вариантов квантового процессора на спинах атомных ядер и одного из вариантов квантового процессора с использованием электронных спинов.
-
Тест 9
21 минута
-
Лекция 10
1 час 26 минут
Квантовые процессоры на переходах Джозефсона
Цель лекции: Ознакомить со структурой и принципами функционирования разных видов кубитов на переходах Джозефсона (ПД): зарядовых, потоковых, фазовых, зарядово-фазовых. Объяснить возможные варианты выполнения квантовых логических операций над такими кубитами. Дать общее представление о сущности работ по оптимизации сверхпроводящих кубитов на ПД, рассмотреть вопросы их системной организации в функционально полный квантовый процессор. Ознакомить с действующими квантовыми процессорами на таких кубитах.
-
Тест 10
24 минуты
-
1 час 40 минут
-
Екатерина Шубина
Екатерина Шубина

Где можно посмотреть информацию о физических ограничениях на значения характеристик компьютеров

Артур Гибадуллин
Артур Гибадуллин
Россия, г. Нижневартовск