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[提交于 2025年8月1日
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标题: 用量子增强的约瑟夫森结FET重新构想电压控制的低温布尔逻辑范式
标题: Reimagining Voltage-Controlled Cryogenic Boolean Logic Paradigm with Quantum-Enhanced Josephson Junction FETs
摘要: 随着对超低功耗计算的需求不断增长以及量子技术的出现,人们对低温电子学的兴趣日益增强,特别是超导器件。尽管它们具有前景,但目前受控的超导元件在级联性方面面临根本性的挑战,限制了它们在复杂逻辑架构中的有效性。为克服这一问题,最近的努力集中在开发门控可调的超导器件,例如约瑟夫森结场效应晶体管(JJFET)。然而,实现稳健的控制和足够的超电流增益,这对于逻辑电路中的晶体管类似性能至关重要,仍然是一个关键挑战。基于InAs和GaSb异质结构的JJFET设计最近取得了进展,展示了增强的增益和适合电路集成的有利器件特性。在此创新的基础上,我们提出了并分析了使用量子增强JJFET的基本电压控制逻辑拓扑。我们开发了一个基于Verilog A的电路兼容紧凑模型,该模型准确捕捉了实验观察到的器件特性。为了确保级联性,我们的逻辑电路集成了多层加热纳米cryotron(nTron),这是一种基于超导纳米线的热开关。通过基于仿真的分析,我们展示了基本逻辑门的成功实现,包括NOT、NAND和NOR。此外,我们设计了一个3输入多数门,由于其通用性,在量子和可逆计算中起着关键作用。最后,为了展示我们提出的逻辑拓扑的级联性,我们展示了基于我们设计的JJFET的NOT、NAND和NOR门的2输入异或门的操作。
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