211service.com
Malý spínač, který ho téměř udělal velký
V lednu 2015 při kopání základů toho, co jednoho dne bude výzkumným zařízením nanotechnologií MIT, objevili stavební dělníci záhadnou skleněnou trubici. Byla to časová kapsle, která byla pohřbena v roce 1957 s instrukcemi, že by měla zůstat zapečetěná po dobu 1000 let. Kapsle zůstala zavřená, ale záznamy MIT Museum odhalily její obsah: suvenýry, dokumenty popisující stav MIT v 50. letech 20. století, nádobu se syntetickým penicilinem a jeden malý spínač – často zapomenutý původ součásti, která je pro moderní výzkum zásadní. kvantové počítání. Přepínač – lépe známý jako kryotron – odhalený v Lincoln Laboratory na MIT počátkem toho roku, byl považován za slibnou novou technologii, která by mohla být klíčem ke zmenšení obřích počítačů z dob studené války na zlomek jejich velikosti.
Kryotron byl duchovním dítětem Dudleyho Allena Bucka, SM '52, ScD '58. Buck, skautský mistr a metodistický poradce pro mládež, vstoupil na MIT v roce 1950 poté, co strávil dva roky v kryptografické jednotce námořnictva. Své působení na MIT začal jako výzkumný asistent na projektu Whirlwind, který vyvíjel masivní vysokorychlostní digitální počítač, jehož design se nakonec stal páteří amerického systému protivzdušné obrany. Whirlwind byl obrovský, obrazně i doslova. Zabírá 2 500 čtverečních stop prostoru v MIT's Barta Building (nyní budova N42) a byl postaven předtím, než byl tranzistor v širokém oběhu; zpočátku prováděla výpočty pomocí tisíců elektronek uspořádaných do komplikovaných obvodů.
Ještě předtím, než v roce 1952 získal magisterský titul, začal Buck přemýšlet o způsobech, jak vyrobit menší a rychlejší logické spínače, které nepoužívají elektronky. Chtěl vytvořit obvody tak výkonné, aby, jak se později vyjádřil, bylo možné vyrobit velký digitální počítač tak, aby zabíral jednu krychlovou stopu. V prosinci 1953 měl Buck plán na vybudování lepšího přepínače. Zatímco elektronky spoléhají na teplo, aby umožnily proudění elektronů, představil si spínač vyrobený z materiálů, které mohou při ochlazení na extrémně nízké teploty vést proud bez elektrického odporu. Tyto supravodiče, jak se domníval, by mohly být tenké jako dva jednotlivé dráty a umožnily by postavit počítače, které byly stejně výkonné jako Whirlwind – a mnohem energeticky účinnější – bez použití objemných trubic.
Buck strávil další dva roky v Lincoln Lab na MIT stavbou prototypů svého přepínače. Nakonec se rozhodl pro snadno vyrobitelný design, který používal dva supravodivé kovy: rovný, jeden palec dlouhý drát vyrobený z tantalu s druhým drátem vyrobeným z niobu stočeným kolem něj. Při nebo pod 4,2 K — teplotě, kterou dosáhl ponořením obou drátů do kapalného helia — vedl tantal proud bez odporu. Ale čerpání proudu skrz stočený niob generovalo magnetické pole, které způsobilo, že tantalový drát zaujal spíše normální než supravodivý stav, takže výzkumníci mohli zapnout nebo vypnout spínač pouze pomocí elektrických signálů. Sám o sobě měl jeden kryotron omezený výkon, ale sbírka spínačů tak malých, že se jich do náprstku vejde 100, by mohla nabídnout stejný výpočetní výkon jako elektronky, které byly řádově větší. Buck si představoval kryotronové počítače, každý s vlastní lednicí zvanou kryostat, která dokázala udržet spínače dostatečně chladné, aby fungovaly.
Buck podal patent na svůj magneticky ovládaný hradlový prvek v roce 1955 a krátce poté zveřejnil informace o své práci veřejnosti, přičemž připustil, že technologie byla mnohem pomalejší než elektronky a tranzistory a že spolehlivost kryotronových obvodů není známa. Navzdory těmto problémům si Buckův výzkum získal pozornost soukromého sektoru i vědecké komunity. Financovaný NSA, pracoval na tom, aby byl kryotron ještě menší, experimentoval s tiskem technologie na tenké filmy. Mezitím inženýři z A. D. Little, RCA, IBM a GE zahájili výzkumné programy pro kryotrony.
V roce 1959 Buck obdržel cenu od Institutu rádiových inženýrů, získal titul ScD a připojil se k fakultě MIT i k vědeckému poradnímu výboru NSA. Ale v květnu 1959, necelý měsíc po svých 32. narozeninách, zemřel na náhlé respirační onemocnění. Dudley nebyl sám o sobě ambiciózní, vzpomínal jeden z jeho studentů, Charles Crawford '59, SM '60, ScD '62. Byl ctižádostivý pro lidskou rasu.
Zájem o kryotronovou technologii opadl v polovině 60. let, kdy se křemíkové mikročipy, které byly levnější a nepotřebovaly chlazení, staly standardem pro logické přepínače digitálních počítačů. Ale výzkum supravodivých materiálů, který začal Buckem, pokračuje dodnes. Josephsonův přechod, upravená verze kryotronu představená v 60. letech 20. století, zůstává hlavním pilířem výzkumu kvantových počítačů.