Горизонты технологий: AQFP – сверхпроводящая логика, еще один вектор развития полупроводниковых технологий

MForum.ru

Горизонты технологий: AQFP – сверхпроводящая логика, еще один вектор развития полупроводниковых технологий

02.01.2026, MForum.ru


Adiabatic Quantum-Flux-Parametron (AQFP) — это семейство сверхпроводниковой логики, разработанное для создания энергоэффективных вычислительных систем. Технология основана на принципе параметрона с квантовым потоком, или как еще говорят, квантового флюкс-параметрона (Quantum Flux Parametron, QFP), предложенном в 1950-х годах, но адаптированном для адиабатического (реверсивного) переключения, чтобы минимизировать энергопотери.

AQFP относится к области сверхпроводниковой электроники и предназначена для работы в криогенных условиях (обычно при температуре 4,2 K). AQFP не является полноценной квантовой вычислительной технологией (как кубиты в квантовых компьютерах), а представляет собой классическую логику с использованием квантовых эффектов Джозефсона для сверхнизкого энергопотребления.

Разработки AQFP на сегодняшний день идут преимущественно в Японии (NEC, Yokohama National University, AIST) с 2010-х годов. Впрочем, занимаются ею и в США, например, в MIT Lincoln Laboratory.

Принципы работы

AQFP использует сверхпроводящие петли (rf-SQUID) с джозефсоновскими переходами (Josephson junctions) для представления логических состояний. Основной элемент — буфер, состоящий из двойного SQUID, где логика определяется направлением выходного тока, соответствующего хранению кванта магнитного потока.

🔹 Адиабатическое переключение. Энергия переключения может быть ниже 10⁻²¹ Дж (зептоджоули) на джозефсоновский переход. Это очень мало и близко к теоретически достижимым термодинамическим пределам. Но требует охлаждения до 4.2 К.

🔹 Питание и тактирование. Токи возбуждения служат одновременно источником питания и тактовыми сигналами. Многофазная схема обеспечивает последовательную активацию гейтов и передачу данных.

🔹 Элементы логики. Созданы и испытаны буферы, инверторы, сплиттеры, majority-гейты (для AND/OR), ветвления. Из базовых блоков можно создавать сложные логические структуры, как и в обычной логике.

🔹 Доступные частоты. Оценки расходятся, но точно быстрее, чем CMOS. Возможно, уступая RSFQ-логике (Rapid Single Flux Quantum).

🔹 Что в основе? Ниобиевая (Nb) технология с высокой плотностью тока (до 10 кА/см²), поддемпфированные джозефсоновские переходы для снижения потерь.

Технология минимизирует статические потери (без DC-смещения, как в RSFQ) и динамические диссипации за счёт адиабатического режима.

Преимущества и недостатки

Энергоэффективность. AQFP позволяет достичь энергоэффективности в 10⁴–10⁵ раз лучше, чем у CMOS (например, 9–48 тысяч по «энергии на операцию» по сравнению с 12–40 нм FinFET). Конечно, этот гигантский разрыв смазывает необходимость криогенного охлаждения, но даже «на круг» получается на 2 порядка эффективнее, чем при использовании CMOS полупроводников.

  • Масштабируемость. Низкие потери позволяют создавать чипы со сравнительно большим числом элементов (до 20 тысяч джозефсоновских переходов в демонстрациях).

  • Устойчивость. Технология устойчива к вариациям параметров и совместима с другими сверхпроводящими технологиями - RSFQ, SFQ.

  • Применения. В теории, может быть использована для создания высокопроизводительных систем с низким энергопотреблением, включая ИИ-акселераторы, системы стохастических вычислений, интерфейсы для кубитов и датчиков (например, детекторов единичных фотонов).

  • Недостатки. Необходимость криогенного охлаждения. Низкая плотность интеграции (в 4 – 26 раз ниже, чем у CMOS). Сложность производства на текущий момент.

Это коммерчески доступная технология или пока что нет?

AQFP остаётся преимущественно научной и исследовательской технологией, с акцентом на демонстрацию прототипов.

Подборка статусных новостей

Были показаны, например, 8-битный сумматор; 16-словный регистр; 10000-гейтовый чип; 4-битный RISC-V микропроцессор MANA (460 джозефсоновских переходов); интерфейсы для детекторов единичных фотонов.

Созданы стандартные библиотеки элементов под ниобиевый техпроцесс и EDA-инструменты для синтеза, размещения и маршрутизации (включая HDL-симуляции). Синтезировано 18 схем, включая изделия для бенчмарков, ИИ-ускорители и 32-битный RISC-V ALU.

В последние три года идет создание масштабируемых flux-контроллеров кубитов (AQFP/SFQ), микроволновых мультиплексированных контроллеров кубитов с низким энергопотреблением (7 пВт на джозефсоновский переход), компактных ячеек памяти для регистровых файлов. Разрабатывается FPGA на AQFP. Тестируются новые техпроцессы. Ожидается интеграция в квантовые контроллеры.

Место технологии

На 2026 год нет свидетельств о коммерческих процессорах или полноценных вычислительных устройствах на базе AQFP. Все разработки — лабораторные прототипы, демонстрирующие теоретическую возможность создания, но не готовые к массовому производству. Технология фокусируется на преодолении ограничений энергопотребления в ИКТ.

Где, в теории, смогут применяться в будущем

  • В квантовых компьютерах, в интерфейсах управления кубитами (AQFP-QC контроллеры)
  • В нейросетях или в ASIC-акселераторах – для создания специализированных вычислительных блоков.
  • В ультранизкопотребляющих сценариях.

А что в других странах?

Прямых упоминаний исследований в области AQFP в России навскидку не нашел, но учитывая такие российские проекты как Суперквант, можно говорить, что в целом направлением сверхпроводящей микроэлектроники в нашей стране занимаются. В частности, есть публикации по сверхпроводящим ячейкам, интерферометрам на основе джозефсоновских переходов, логике на основе квантового флюкса.

Но публикаций по AQFP-процессорам, ядрам или вычислительным платформам в открытых источниках не увидел.

В Китае впрямую тема AQFP упоминается не редко, но в целом адиабатическим сверхпроводящим схемам общего рода посвящается немало статей, которые развивают теоретические и экспериментальные основы.

В Китае действует ряд лабораторий, занимающихся сверхпроводящими логическими элементами и квантовыми схемами (Шанхайский университет Цзяо Тун), включая джозефсоновские элементы (Университет Цинхуа) и работы по моделированию интегральных сверхпроводящих схем (Синьхуа Ухань / Университет Цзилинь). И, конечно, есть центры Китайской академии наук по сверхпроводящим технологиям. Ничего, близкого к практическому применению не видно.

В Европе темой адиабатической логики занимаются. Но на той же «ранней стадии», в основном научно-лабораторной.

Кто драйвит исследования AQFP?

На текущий момент, как обычно – военные и правительства, которые решают свои узкие задачи. В ближайшие годы так и будет.

В 2025-2028 году технология будет применяться в научных и оборонных лабораториях для управления квантовыми процессорами, как криогенные контроллеры, сверхэнергоэффективные ALU малой сложности. Искать их можно будет в оборонных НИИ, национальных лабораториях, космических агентствах и в разведывательных структурах. Этот процесс уже начался и он, конечно, не публичный.

В 2028-2035 годы начнется выход из лабораторий в практическое применение.

Какие можно ожидать применения

  • криогенные контроллеры квантовых
  • криптографические модули (post-quantum);
  • автономные разведывательные системы;
  • дальние космические аппараты (где энергия дороже массы);
  • спецпроцессоры обработки сигналов (SIGINT, радары, гидролокаторы).

После 2035 года – расширение, но не доминирование.

AQFP не заменит CMOS. Не будет ни массовых серверов, ни, тем более, AQFP-ноутбуков. Но в криогенной электронике AQFP может стать стандартным и массовым решением.

Прогнозный порядок вывода AQFP в практические применения

Япония, затем США, позднее - Китай. Россия и Европа, скорее всего, запоздают. Впрочем, человеку не дано знать будущее.

--

За новостями наземного и спутникового телекома удобно следить в телеграм-канале abloud62. Региональные новости телекома, новости искусственного интеллекта и ЦОД вы найдете в канале abloudRealTime, новости микроэлектроники можно найти в моем канале RUSmicro, также подключайтесь к каналу Бойко про телеком ВКонтакте

теги: горизонты технологий AQFP криогенные технологии сверхпроводящая логика

-- 

© Алексей Бойко, MForum.ru


Публикации по теме:

04.06.2026. Компания Muon Space – еще один претендент на участие в рынке космических ЦОД

03.06.2026. Ученые из Японии и США разработали кремниевый спинтронный p-бит

13.05.2026. «Вечный двигатель» или научный прорыв? Экс-сотрудник NASA привлёк $12 млн на чип, работающий "от квантового вакуума"

08.05.2026. Кремниевые осцилляторы вместо кубитов - корейский путь к сверхбыстрым вычислениям

28.04.2026. Samsung представила кристалл DRAM, созданный по техпроцессу менее 10-нм

26.04.2026. Imec интегрировал модуляторы из ниобата и танталата лития на платформу кремниевой фотоники

24.04.2026. Cisco представила универсальный квантовый коммутатор для будущего квантового интернета

13.04.2026. Инженеры USC создали чип памяти, работающий при температуре 700 °C

24.03.2026. Норвежский стартап Lace Lithography привлек $40 млн на литографию с атомарным разрешением

19.03.2026. Южнокорейские ученые подтвердили возможность длительной работы ИИ-чипов в условиях космической радиации

16.03.2026. Бесшовный фотонный интерфейс чип-окружающая среда: прорывы 2025–2026 годов

12.03.2026. UMC и HyperLight объединили усилия для массового производства чиплетов на основе TFLN

12.03.2026. IBM и Lam Research объединяют усилия для разработки логики суб-1 нм

10.03.2026. Европа и Китай синхронно демонстрируют успех лазерной связи с геостационарными спутниками

10.03.2026. Потери света в фотонных чипах приближены к показателям оптоволокна

07.03.2026. В Новосибирске разработали устройство, позволяющее исследовать оптические свойства материалов для микроэлектроники терагерцевых частот

06.03.2026. China Mobile представила на MWC2026 маршрутизатор 115,2 Тбит/с для соединения ИИ-кластеров и технологию GSE-DCI

04.03.2026. Nvidia готовит процессор для инференса на базе технологий Groq, OpenAI станет якорным клиентом

04.03.2026. Нейросетевой кодек NESC обещает эпоху массовой спутниковой связи

03.03.2026. В Сибири изучают возможности создания элементов памяти на квантовых точках

Обсуждение (открыть в отдельном окне)

В форуме нет сообщений.

Новое сообщение:
Complete in 2 ms, lookup=0 ms, find=2 ms

Последние сообщения в форумах

Все форумы »



Поиск по сайту:


Колонка редактора

10.07. SpaceX Gen3 - все более грандиозная программа

10.07. Корпоративные сети бизнеса в 2026 году - аналитический обзор

10.07. Fab2 – фаб фабов или как гаражный проект стал бизнесом, востребованным в отрасли

10.07. Micron увеличивает заявленные инвестиции в США до $250 млрд

09.07. Yadro выпустило инструменты Kornfeld.Satellites для упрощения подключения коммутаторов Kornfeld к системам мониторинга сети

09.07. МТС установил систему видеонаблюдения в ЖК в центре Благовещенска

09.07. В лаборатории кибербезопасности Servicepipe выявили новый способ атаки, позволяющий обходить механизмы двухфакторной аутентификации

08.07. SpaceX запустила первый в мире коммерческий спутник с бета-вольтаическим источником энергии

08.07. Yadro объявляет о начале приема на совместные программы с МФТИ, ИТМО, МИЭТ и ВШЭ

08.07. Мошенники продолжают звонить – 26% от нежелательных вызовов приходятся на 5 регионов

08.07. МегаФон расширил сеть в Новоаннинском районе Волгоградской области

08.07. Билайн запустил новые БС 4G в пригороде Самары и в селах области

07.07. МегаФон объединил программных роботов на единой платформе Zephyr

07.07. Минцифры собирается решить проблему доступа к земельным участкам «по-китайски»

07.07. Элемент будет готовить кадры по микроэлектронике во Вьетнаме

Все статьи >>


Новости

10.07. Realme Narzo 100x 5G с батареей 8000 мАч и 144 Гц-дисплей представят 15 июля

10.07. HMD Arc 2 - бюджетник с улучшенным процессором и минимальными изменениями

10.07. Redmi Note 17 Pro – 9000 мАч, 5-летняя защита аккумулятора и бесплатная замена батареи

09.07. Появились первые слухи о Vivo V80 – дисплей 144 Гц, батарея 7200 мАч и перископная камера

09.07. Характеристики iQOO Z11 для Индии будут отличаться от глобальной версии

08.07. Nothing Ear (3a) – бюджетные наушники с записью разговоров и 42 часами автономност

08.07. Nothing Phone (4b) – доступный смартфон с большой батареей и фирменным дизайном

08.07. Honor Robot Phone может выйти в августе 2026 года

07.07. Vivo Y500 дебютировал на глобальном рынке с батареей 8100 мАч

07.07. Moto G77 Power официально представлен перед релизом 8 июля

07.07. Раскрыты ключевые характеристики Vivo X300e – АКБ 7100 мАч, перископный зум и плоский экран

06.07. Samsung Galaxy Jump 5 – операторский аппарат на базе Galaxy A27 5G

06.07. Vivo Pad 5c – доступный планшет с 144 Гц, Snapdragon 8s Gen 3 и батареей 10 000 мАч

03.07. Huawei Band 11, Band 11 Metal и Band 11 Pro – доступные фитнес-браслеты с AMOLED-экранами и GNS

03.07. Данные о Samsung Galaxy A18 показали обновление стратегии и отказ от Exynos

02.07. Redmi K90 Ultra получил Snapdragon 8 Elite, активное охлаждение и батарею 8550 мАч

02.07. Nothing Phone (4b) – дата анонса, ключевые характеристики и дизайн

01.07. Ключевые характеристики Samsung Galaxy Z Fold8 раскрыты до анонса

01.07. OnePlus N6 дебютировал в Индии: 8000 мАч, Dimensity 6360 Max и цена от $243

01.07. В iPhone 2027 экраны останутся прежними — 60 Гц у iPhone 18e и 120 Гц у остальных