RU2664012C1 - Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation - Google Patents

Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2664012C1
RU2664012C1 RU2017116585A RU2017116585A RU2664012C1 RU 2664012 C1 RU2664012 C1 RU 2664012C1 RU 2017116585 A RU2017116585 A RU 2017116585A RU 2017116585 A RU2017116585 A RU 2017116585A RU 2664012 C1 RU2664012 C1 RU 2664012C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lenses
electronic
electron
electron beam
controlled
Prior art date
Application number
RU2017116585A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Никитович Васичев
Никита Алексеевич Васичев
Наталья Георгиевна Власова
Original Assignee
Борис Никитович Васичев
Никита Алексеевич Васичев
Наталья Георгиевна Власова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Никитович Васичев, Никита Алексеевич Васичев, Наталья Георгиевна Власова filed Critical Борис Никитович Васичев
Priority to RU2017116585A priority Critical patent/RU2664012C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2664012C1 publication Critical patent/RU2664012C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06EOPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
    • G06E3/00Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

FIELD: computer equipment.SUBSTANCE: invention relates to the computer equipment. System of the electron-beam processor of a quantum computer, containing one or more processor cores consisting of controlled electronic lenses in the form of lenses or condensers, controlled electron beam transparencies, electronic prisms, as well as deflecting systems or correctors of aberrations placed in a casing of dielectric material and protected by a screen of ferromagnetic materials, together with information input / output units forming an electron beam on the surface of a controlled electronic transparency around which the metal electrodes of micro lenses and prisms are disposed, and conductors of lens windings and wiring on dielectric plates on both sides, which are an array of controlled electronic micro-lenses with electrostatic or magnetic or combined fields, electrodes or windings of which are connected by conductors with pins on the surface of the body, computing processes are carried out by controlling the parameters of miniature electronic lenses and prisms, using controlled electron beam transparencies.EFFECT: technical result consists in expanding the arsenal of means for the same purpose.13 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике, более точно к альтернативной технике - квантовым компьютерам, использующих свободные электронные пучки, формируемые с помощью элементов вакуумной электроники, являющимися не традиционными новыми элементами вычислительной техники, выполняющими функции базовых арифметических и логических операций, с целью повышения скорости вычислительных операций вне зависимости от внешних условий. Изобретение может быть использовано в мобильных компьютерных устройствах, роботах, в супер-ЭВМ, в системах быстрого автоматического распознавания образов движущихся объектов, в автономной навигации мобильной техники, в том числе в системах управления, используемых в аэронавтике, космонавтике и др. отраслях науки и техники.The invention relates to computing, and more precisely to an alternative technique - quantum computers using free electron beams generated using vacuum electronics elements, which are not traditional new elements of computer technology that perform the functions of basic arithmetic and logical operations, in order to increase the speed of computing operations outside depending on external conditions. The invention can be used in mobile computer devices, robots, in super-computers, in systems for fast automatic recognition of images of moving objects, in the autonomous navigation of mobile equipment, including control systems used in aeronautics, astronautics, and other branches of science and technology .

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны устройства [1-4] компьютерной оптики, представляющие собой аналоговые оптические процессоры, цифровые оптические процессоры и оптические процессоры нечеткой логики, процессоры последнего типа делят на две группы: логические процессоры, реализующие строго определенный набор логических операций, и системы логического вывода, известные также под термином "нечеткая ассоциативная память", реализующие более сложные операции, относящиеся к классу нечетких ассоциаций. Входная информация представляется матрицами из полупроводниковых лазеров, соединенных планарными волноводами с обычной (стеклянной) оптикой и с матрицами переключения, на основе дифракционных оптических элементов. Ядро процессора обычно оптическое, состоящее из массивов модуляторов света (работающих на отражение света) и набора стеклянных линз. Выходная информация представляется в электронном виде с помощью фотоприемников излучения (интегрированных в массив аналого-светового преобразования), образующие матрицу фотодиодов, совмещенную с матрицей диодов.Known devices [1-4] computer optics, which are analog optical processors, digital optical processors and optical processors of fuzzy logic, processors of the latter type are divided into two groups: logical processors that implement a strictly defined set of logical operations, and logical output systems, also known under the term "fuzzy associative memory", implementing more complex operations related to the class of fuzzy associations. The input information is represented by matrices from semiconductor lasers connected by planar waveguides to conventional (glass) optics and to switching matrices based on diffractive optical elements. The processor core is usually optical, consisting of arrays of light modulators (working to reflect light) and a set of glass lenses. The output information is presented in electronic form using radiation photodetectors (integrated into the analog-to-light conversion array), which form a matrix of photodiodes combined with a matrix of diodes.

Недостатком этих устройств является то, что ядра процессоров содержат оптические элементы: стеклянную оптику в виде набора стеклянных линз, массивы дифракционных оптических элементов - жидких кристаллов, зеркал, эшелетов, волоконную оптику, которые плохо интегрируются и требуют специального крепления, а вместе с ним обладают неприемлемыми габаритными размерами.The disadvantage of these devices is that the processor cores contain optical elements: glass optics in the form of a set of glass lenses, arrays of diffractive optical elements - liquid crystals, mirrors, echelles, fiber optics, which are poorly integrated and require special mounting, and with it possess unacceptable overall dimensions.

Недостатком таких устройств также является то, что в качестве носителя информации является свет, информативность которого много меньше информативности электронного пучка.A disadvantage of such devices is also the fact that the information carrier is light, the information content of which is much less than the information content of the electron beam.

Недостатком этих устройств также является то, что устройства содержат не интегрируемую систему жидких кристаллов, от которых зависит быстродействие данного устройства. Их граничная частота следования импульсов составляет всего ~1 МГц.The disadvantage of these devices is that the devices contain a non-integrable system of liquid crystals, on which the speed of this device depends. Their boundary pulse repetition rate is only ~ 1 MHz.

Недостатком этих устройств также является то, что устройства содержат не интегрируемую стеклянную оптику в виде набора стеклянных линз, которые не могут изменять оптические свойства. Они не управляемы, что ограничивает возможности оптических квантовых компьютеров.The disadvantage of these devices is that the devices contain non-integrable glass optics in the form of a set of glass lenses that cannot change the optical properties. They are not controllable, which limits the capabilities of optical quantum computers.

Недостатком этих устройств также является то, что оптические устройства не позволяют осуществлять переналадку (перестройку) оптической схемы процессора во время решения задачи для обеспечения требуемых вычислительных операций.The disadvantage of these devices is that the optical devices do not allow the readjustment (restructuring) of the optical circuit of the processor during solving the problem to provide the required computing operations.

Недостатком этих устройств также является то, что в оптических устройствах невозможно изменять физические свойства потока света, например, длину волны или фазу электромагнитной волны.The disadvantage of these devices is also the fact that in optical devices it is impossible to change the physical properties of the light stream, for example, the wavelength or phase of the electromagnetic wave.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа, позволяющего осуществлять производство арифметических и логических вычислительных операций, с помощью устройства состоящего из эмиттера электронов, управляемых интегрируемых сверхминиатюрных электронных линз, управляемых интегрируемых сверхминиатюрных систем позиционирования электронных пучков и корректирующих их аберрации (отклоняющие системы и корректоры аберраций). Входная информация представляется источником электронов с матрицами из управляемых интегрируемых сверхминиатюрных электронных линз. Ядро процессора состоит из массивов модуляторов электронного пучка (управляемых интегрируемыми сверхминиатюрными электронными линзами, работающими на просвет) и массива управляемых интегрируемых сверхминиатюрных систем позиционирования электронных пучков и корректоров аберраций. Количество таких массивов зависит от типа и назначения квантового электронно-лучевого компьютера. Выходная информация представляется в электронном виде с помощью полупроводниковых приемников чувствительных к потоку свободных электронов, интегрированных в массив аналого-электронного преобразования, образующие полупроводниковую матрицу, совмещенную с матрицей из диодов.The objective of the present invention is to develop a method that allows for the production of arithmetic and logical computational operations using a device consisting of an emitter of electrons, controlled integrable subminiature electronic lenses, controlled integrable superminiature systems for positioning electron beams and correcting their aberrations (deflecting systems and aberration correctors). The input information is represented by a source of electrons with matrices from controlled integrable subminiature electronic lenses. The processor core consists of arrays of electron beam modulators (controlled by integrable superminiature electronic lenses operating in the light) and an array of controlled integrable superminiature electron beam positioning systems and aberration correctors. The number of such arrays depends on the type and purpose of the quantum electron-beam computer. The output information is presented in electronic form using semiconductor receivers that are sensitive to the flow of free electrons, integrated into an array of analog-electronic conversion, forming a semiconductor matrix, combined with a matrix of diodes.

Задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемого способа и устройства, позволяющих обеспечить производство вычислительных операций с большой скоростью вычислительных операций (в 1000 раз большей, чем у полупроводниковых и оптических компьютеров), так как электронно-лучевая система не избыточна, каждый ее элемент работает в полную силу, а обработка информации осуществляется не последовательно, а одновременно (скорость вычислений зависит только от скорости движения электронов).The objective of the invention is to develop an electron-beam processor for implementing the proposed method and device, which allows for the production of computational operations with a high speed of computational operations (1000 times greater than that of semiconductor and optical computers), since the electron-beam system is not redundant, each an element works at its full potential, and information processing is carried out not sequentially, but simultaneously (the calculation speed depends only on the speed of the electrons).

Другой задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемого способа и устройства, позволяющих обеспечить производство вычислительных операций больших массивов информации при большой скорости вычислений (в 1000 раз большей, чем у полупроводниковых и оптических компьютеров).Another objective of the invention is the development of an electron beam processor for implementing the proposed method and device, which allows for the production of computational operations of large amounts of information at a high computing speed (1000 times greater than that of semiconductor and optical computers).

Третей задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемых способа и устройства, позволяющего быструю программируемую перестройку (переналадку) электронно-лучевой схемы процессора для обеспечения требуемых вычислительных операций, не снижая большой производительности вычислений.The third objective of the invention is the development of an electron-beam processor for implementing the proposed method and device that allows fast programmable restructuring (readjustment) of the electron-beam processor circuit to provide the required computing operations, without compromising the high computing performance.

Четвертой задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемых способа и устройства, позволяющего управление электронно-оптическими элементами для выполнения различных вычислительных операций без остановки и перепрограммирования компьютера.The fourth objective of the invention is the development of an electron-beam processor for implementing the proposed method and device that allows the control of electron-optical elements to perform various computing operations without stopping and reprogramming the computer.

Пятой задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемых способа и устройства, позволяющего полную интеграцию всех элементов для уменьшения габаритных размеров устройства.The fifth objective of the invention is the development of an electron beam processor for implementing the proposed method and device that allows full integration of all elements to reduce the overall dimensions of the device.

Шестой задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемых способа и устройства, позволяющих обеспечить производство вычислительных операций больших массивов информации при воздействии внешних факторов: любой температурной обстановки, любой интенсивности радиационного излучения, при воздействии СВЧ излучения.The sixth objective of the invention is the development of an electron beam processor for the implementation of the proposed method and device, which allows for the production of computational operations of large amounts of information when exposed to external factors: any temperature situation, any intensity of radiation, when exposed to microwave radiation.

Седьмой задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора для осуществления предлагаемых способа и устройства, позволяющих обеспечить производство вычислительных операций, являющегося системой с перестраиваемой логикой в любой момент.The seventh objective of the invention is the development of an electron beam processor for implementing the proposed method and device, allowing to ensure the production of computational operations, which is a system with tunable logic at any time.

Восьмой задачей изобретения является разработка электронно-лучевого процессора, обеспечивающего интегральное изготовление элементов процессора.The eighth objective of the invention is the development of an electron beam processor that provides integrated manufacturing of processor elements.

Традиционная цифровая система и квантовая фотонная система являются системами с жесткой логикой. Любая система на жесткой логике обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или реже на близкую задачу. Предлагаемая электронно-лучевая система лишена этого недостатка, так как ее логика может перестраиваться.The traditional digital system and quantum photon system are systems with strict logic. Any system based on strict logic is necessarily a specialized system that is configured exclusively for one task or less often for a close task. The proposed electron beam system is devoid of this drawback, since its logic can be rebuilt.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На чертежах фиг. 1 схематично изображен электронно-лучевой процессор для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 изображена схема электронно-лучевых процессоров с строенным ЭОПом; на фиг. 3 изображена схема структуры общей шинной системы электронно-лучевого процессора. Фиг. 1. Схема конструкции ЭЛВ: 1 - корпус электронно-лучевого процессора; 2 - электронная пушка; 3 - управляемый электронный транспарант; 4 - соединительные электроды; 5 - система отклонения электронных пучков; 6 - электронная линза-анализатор; 7 - второй управляемый электронный транспарант; 8 - вторая система отклонения электронных пучков; 9 - вторая электронная линза-анализатор; 10 - полупроводниковый приемник 10. Фиг. 2. Схема конструкции ЭЛВ с ЭОП: 1 - катод ЭОПа; 2 - анод ЭОПа электронно-лучевого процессора; 3 - управляемый электронный транспарант; 4 - соединительные электроды; 5 - система отклонения электронных пучков; 6 - электронная линза-анализатор; 7 - второй управляемый электронный транспарант; 8 - вторая система отклонения электронных пучков; 9 - вторая электронная линза-анализатор; 10 - полупроводниковый приемник 10. Фиг. 3. Схема структуры общей шинной системы электронно-лучевого процессора.In the drawings of FIG. 1 schematically shows an electron beam processor for implementing the proposed method; in FIG. 2 shows a diagram of electron beam processors with a built-in image intensifier tube; in FIG. 3 shows a diagram of the structure of a common bus system of an electron beam processor. FIG. 1. ELV design scheme: 1 - casing of the electron-beam processor; 2 - electron gun; 3 - controlled electronic transparency; 4 - connecting electrodes; 5 - a system for deflecting electron beams; 6 - electronic lens analyzer; 7 - the second controlled electronic transparency; 8 - a second system for deflecting electron beams; 9 - the second electronic lens analyzer; 10 is a semiconductor receiver 10. FIG. 2. Design diagram of ELV with image intensifier tube: 1 - cathode of the image intensifier tube; 2 - anode of the image intensifier tube of the electron beam processor; 3 - controlled electronic transparency; 4 - connecting electrodes; 5 - a system for deflecting electron beams; 6 - electronic lens analyzer; 7 - the second controlled electronic transparency; 8 - a second system for deflecting electron beams; 9 - the second electronic lens analyzer; 10 is a semiconductor receiver 10. FIG. 3. The structure diagram of the common bus system of the electron beam processor.

Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention

Предлагаемое устройство - электронно-лучевой процессор для реализации предлагаемого способа включает в себя корпус 1 (фиг. 1), внутри вакуумного пространства которого 2 размещаются элементы электронно-лучевого процессора. Корпус электроннолучевого процессора выполняется из электроизоляционного вакуумного материала с возможностью размещения в нем элементов электронно-лучевого процессора. Снаружи корпус покрыт экраном, защищающим электронные пучки от электромагнитных полей. На поверхности корпуса размещены штыри для соединения элементов электроннолучевого процессора с элементами питания и управления. Блок ввода информации состоит из источника эмиссии электронного пучка с конденсором 2 формирующим электронный пучок на поверхности управляемого электронного транспаранта 3, состоящего из массива управляемых электронных микролинз (электростатических или магнитных, или с совмещенными полями), электроды или обмотки которых соединены проводниками со штырями на внешней поверхности корпуса.The proposed device is an electron-beam processor for implementing the proposed method includes a housing 1 (Fig. 1), inside the vacuum space of which 2 are elements of the electron-beam processor. The casing of the electron beam processor is made of electrically insulating vacuum material with the possibility of placing elements of the electron beam processor in it. Outside, the housing is covered with a shield that protects the electron beams from electromagnetic fields. On the surface of the housing there are pins for connecting the elements of the electron beam processor with batteries and controls. The information input unit consists of an electron beam emission source with a condenser 2 forming an electron beam on the surface of a controlled electronic transparency 3, consisting of an array of controlled electronic microlenses (electrostatic or magnetic, or with combined fields), the electrodes or windings of which are connected by wires to pins on the outer surface corps.

Основу конструкции электронно-лучевого процессора составляет корпус 1, внутри которого размещается электронная пушка с конденсором 2, управляемый электронный транспарант 3, состоящий из множества управляемых электронных микролинз (электростатических или магнитных или с совмещенными полями), встроенных в тело транспаранта, электроды или обмотки которых соединены проводниками со штырями на внешней поверхности корпуса устройства 4, система отклонения электронных пучков 5, электронная линза-анализатор 6 (электростатическая или магнитная или с совмещенными полями) соединенной со штырями на поверхности корпуса устройства, осуществляющая разложение изображения создаваемого транспарантом 3 в спектр, элементы 3, 5, 6, могут повторяться (7, 8, 9) в зависимости от конструкции процессора, формируемый этими элементам, сигнал (пучок электронов) регистрируется полупроводниковыми приемниками 10 чувствительными к потоку свободных электронов, интегрированных в массив аналого-электронного преобразования, образующего полупроводниковую матрицу, совмещенную и соединенную с матрицей из диодов через штыри, размещенные на торце корпуса. На фиг. 2 представлена схема ЭЛВ совмещенная с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП): управляемый электронный транспарант 3, электронная линза-анализатор 6, система отклонения электронных пучков 5 и аналогичные элементы 7, 8, 9, и наконец, полупроводниковый приемник 10.The basis of the design of the electron-beam processor is a housing 1, inside which there is an electron gun with a condenser 2, a controlled electronic transparency 3, consisting of many controlled electronic microlenses (electrostatic or magnetic or with combined fields) built into the transparency body, the electrodes or windings of which are connected conductors with pins on the outer surface of the device case 4, a system for deflecting electron beams 5, an electronic lens analyzer 6 (electrostatic or magnetic whether with combined fields) connected to the pins on the surface of the device’s body, decomposing the image created by the banner 3 into a spectrum, elements 3, 5, 6 can be repeated (7, 8, 9) depending on the processor design, the signal generated by these elements ( electron beam) is detected by semiconductor detectors 10 sensitive to the flow of free electrons integrated into an array of analog-electronic conversion forming a semiconductor matrix, combined and connected to the matrix of the diode s through the pins located at the end of the housing. In FIG. 2 shows an ELV combined with an electron-optical converter (EOP): a controlled electronic transparency 3, an electronic lens analyzer 6, a system for deflecting electron beams 5 and similar elements 7, 8, 9, and finally, a semiconductor receiver 10.

Для достижения максимальной универсальности и упрощения протоколов обмена информацией в электронно-лучевых процессорных системах применяется так называемая шинная структура связей между отдельными устройствами, входящими в систему. При шинной структуре связей осуществляется пересылка всех информационных потоков в нужном направлении. Типичная структура электронно-лучевой процессорной системы включает в себя три основных устройства: процессор; устройства ввода/вывода, служащие для связи электронно-лучевой системой с внешними устройствами, для приема входных сигналов и выдачи выходных сигналов. Все устройства процессорной системы объединяются общей системной шиной. Системная магистраль включает в себя четыре основные шины нижнего уровня: шина адреса; шина данных; шина управления; шина питания.To achieve maximum versatility and simplify information exchange protocols in electron beam processor systems, the so-called bus structure of communications between the individual devices included in the system is used. With the bus structure of communications, all information flows are sent in the right direction. A typical structure of an electron beam processor system includes three main devices: a processor; input / output devices used to communicate with the electron beam system with external devices for receiving input signals and issuing output signals. All devices of the processor system are united by a common system bus. The system bus includes four main buses of the lower level: address bus; data bus; control bus; power bus.

На фиг. 2 представлено предлагаемое устройство, предназначенное, в основном, для распознавания образов и автономной навигации той же конструкции, что представленной на фиг. 1, и отличающееся лишь тем, что вместо источника эмиссии электронов или вместо телевизионного зрение, либо фотообъектива с фотодиодной матрицей, используется электронно-оптический преобразователь (ЭОП), часть которого (объектив, фотокатод и электронная линза), интегрирована в электронно-лучевой вычислитель и создает электронное изображение объекта, перенося его в электронном виде на лицевую поверхность электронно-лучевого транспаранта. Техническое (телевизионное) зрение, либо фотообъектив с фотодиодной матрицей подключаются к управляемому электроннолучевому транспаранту через массив ячеек оперативной памяти.In FIG. 2 shows the proposed device, intended mainly for pattern recognition and autonomous navigation of the same design as that shown in FIG. 1, and differing only in that instead of a source of electron emission or instead of television vision, or a photo lens with a photodiode array, an electron-optical converter (EOP) is used, part of which (a lens, a photocathode and an electronic lens) is integrated into an electron-beam computer and creates an electronic image of the object, transferring it electronically to the front surface of the electron beam transparency. Technical (television) vision, or a photo lens with a photodiode array, is connected to a controlled electron beam transparency through an array of random access memory cells.

Согласно заявленному способу электронно-лучевой процессор работает следующим образом. Известно, что электронные пучки значительно отличаются от потоков фотонов (света) и электронных потоков, движущихся по проводникам тем, что они обладают более высокой степенью информативности, не только за счет более короткой длины волны Дебройля, но и за счет возможности управления изменением величины длины волны, изменением фазы колебаний этой волны, изменением ее поляризации, изменением пространственного положения электронного пучка. Эти свойства электронных пучков обеспечивают им высокие показатели качества при использовании их в электронно-лучевых процессорах. С их помощью можно выполнять арифметические и логические операции, перемножать матрицы на векторы или матрицы на матрицы, быстро идентифицировать и распознавать образы движущихся объектов. Для осуществления этих операций используются свойства элементов вакуумной электроники (миниатюрных электронных линз, электронных призм, электронных зеркал, электронных стигматоров, электронных корректоров аберраций). Известно, что за пределами фокальной плоскости линз возникает спектр объекта. Эта математическая операция положена в основу ряда вычислительных процессов электронных линз. Ядро процессора составляют миниатюрные электронные линзы, объединенные в массивы - управляемые электронно-лучевые транспаранты с множеством миниатюрных электронных линз. Вычислительные процессы осуществляются путем управления параметрами миниатюрных электронных линз и призм. Каждая вычислительная операция осуществляется за время равное времени пролета пучка электронов через процессор. Переход к следующей операции осуществляется тактовыми импульсами. Типичная структура электронно-лучевой процессорной системы включает в себя три основных устройства: процессор; устройства ввода/вывода, служащие для связи электронно-лучевой системы с внешними устройствами, для приема входных сигналов и выдачи выходных сигналов. Все устройства процессорной системы объединяются общей системной шиной (фиг. 3).According to the claimed method, the electron beam processor operates as follows. It is known that electron beams differ significantly from the fluxes of photons (light) and electron fluxes moving along conductors in that they have a higher degree of information, not only due to the shorter Debroyle wavelength, but also due to the possibility of controlling the change in the wavelength , a change in the phase of the oscillations of this wave, a change in its polarization, a change in the spatial position of the electron beam. These properties of electron beams provide them with high quality indicators when used in electron beam processors. With their help, you can perform arithmetic and logical operations, multiply matrices by vectors or matrices by matrices, quickly identify and recognize images of moving objects. To carry out these operations, the properties of the elements of vacuum electronics (miniature electronic lenses, electronic prisms, electronic mirrors, electronic stigmatizers, electronic aberration correctors) are used. It is known that outside the focal plane of the lens a spectrum of the object arises. This mathematical operation is the basis of a number of computing processes of electronic lenses. The core of the processor is miniature electronic lenses, combined into arrays - controlled electron beam transparencies with many miniature electronic lenses. Computational processes are carried out by controlling the parameters of miniature electronic lenses and prisms. Each computational operation is carried out for a time equal to the time of flight of the electron beam through the processor. The transition to the next operation is carried out by clock pulses. A typical structure of an electron beam processor system includes three main devices: a processor; input / output devices for connecting the electron beam system with external devices for receiving input signals and issuing output signals. All devices of the processor system are combined by a common system bus (Fig. 3).

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Изобретение может быть использовано в мобильных компьютерных устройствах, в роботах и роботизированных технических системах, в супер-ЭВМ, в системах быстрого автоматического распознавания образов движущихся объектов, в устройствах автономной навигации мобильной техники, в том числе в различных системах управления с помощью компьютеров, используемых в аэронавтике, космонавтике и др. отраслях науки и техники.The invention can be used in mobile computer devices, in robots and robotic technical systems, in supercomputers, in systems for fast automatic recognition of images of moving objects, in autonomous navigation devices of mobile equipment, including various control systems using computers used in aeronautics, astronautics and other branches of science and technology.

Источники информацииInformation sources

1. Carts Y.A. Optical computing nears reality // Laser Focus World/ 1990/V/ 26/ Р/ 53-54.1. Carts Y.A. Optical computing nears reality // Laser Focus World / 1990 / V / 26 / P / 53-54.

2. Исихара С. Оптические компьютеры: Новая эра науки. - М.; Наука. 1992.2. Ishihara S. Optical computers: A new era of science. - M .; The science. 1992.

3. Guilfoyle P.S., McCallum D.S. High-speed low-energy digital optical prosessor. // Optical Engineering. 1996. V. 35. P. A3-A9.3. Guilfoyle P.S., McCallum D.S. High-speed low-energy digital optical prosessor. // Optical Engineering. 1996. V. 35. P. A3-A9.

4. Аверкин A.H., Быковский А.Ю. Оптоэлектронное логическое устройство, Патент РФ 2128356.4. Averkin A.H., Bykovsky A.YU. Optoelectronic logic device, RF Patent 2128356.

Claims (13)

1. Система электронно-лучевого процессора квантового компьютера, содержащая, по крайней мере, одно или несколько ядер процессора, состоящих из управляемых электронных линз в виде объективов или конденсоров, управляемых электронно-лучевых транспарантов, состоящих из множества миниатюрных электронных линз, электронных призм, как и отклоняющих систем или корректоров аберраций, размещенных в вакуумном корпусе из диэлектрического материала и защищенные экраном из ферромагнитных материалов, вместе с блоками ввода/вывода информации, блок ввода информации состоит из источника эмиссии электронного пучка с конденсором, формирующим электронный пучок на поверхности управляемого электронного транспаранта, представляющего собой тонкую пластину из диэлектрика или металла с множеством микроотверстий, вокруг которых методом планарной технологии располагают металлические электроды микро-линз и призм, и проводники обмоток линз и разводки на диэлектрических пластинах с двух сторон, а на металлических - с одной стороны, отделяемые от металла диэлектрической пленкой, представляющие собой массив управляемых электронных микро-линз с электростатическими или магнитными, или с совмещенными полями, электроды или обмотки которых соединены проводниками со штырями на поверхности корпуса, основу одного ядра или более ядра составляют указанные управляемые электронно-лучевые транспаранты, и электронные линзы, вычислительные процессы осуществляется путем управления параметрами миниатюрных электронных линз и призм, с использованием управляемых электронно-лучевых транспарантов, и каждая вычислительная операция осуществляется за время, равное времени пролета пучка электронов через процессор, вывод информации осуществляется полупроводниковыми приемниками, чувствительными к потоку свободных электронов, интегрированных в массив аналого-электронного преобразования, образующего полупроводниковую матрицу, совмещенную и соединенную с матрицей из диодов через штыри, размещенные на корпусе, все устройства процессора объединяют общей системной шиной, а системная магистраль процессора включает четыре основные шины нижнего уровня: шину адреса, шину данных, шину управления, шину питания, причем указанные управляемые электронно-лучевые транспаранты с электронно-оптическими элементами изготавливаются по планарной технологии, а магнитные линзы и линзы с совмещенными электростатическими и магнитными полями имеют магнитопроводы из магнитомягких материалов, не замкнутые с двух сторон, зазор между элементами указанного магнитопровода выполняет роль полюсного наконечника, а элементы магнитопровода одновременно выполняют роль электростатической линзы и магнитной линзы, все указанные линзы имеют сквозные отверстия по центру, вокруг которых располагаются плоские обмотки магнитных микролинз.1. The system of an electron beam processor of a quantum computer, containing at least one or more processor cores, consisting of controlled electronic lenses in the form of lenses or capacitors, controlled electron beam transparencies, consisting of many miniature electronic lenses, electronic prisms, as and deflecting systems or aberration correctors placed in a vacuum casing made of dielectric material and protected by a screen made of ferromagnetic materials, together with information input / output blocks, cc block The information ode consists of an electron beam emission source with a condenser forming an electron beam on the surface of a controlled electronic transparency, which is a thin plate of dielectric or metal with many microholes, around which metal electrodes of micro lenses and prisms are placed by planar technology, and lens coil conductors and wiring on dielectric plates on both sides, and on metal on one side, separated from the metal by a dielectric film, representing an array of controlled electronic micro-lenses with electrostatic or magnetic, or with combined fields, the electrodes or windings of which are connected by conductors with pins on the surface of the casing, the basis of one core or more of the core are these controlled electron beam transparencies, and electronic lenses, computational processes are carried out by controlling the parameters of miniature electronic lenses and prisms, using controlled electron beam transparencies, and each computational operation carried out is obtained for a time equal to the time of flight of the electron beam through the processor, information is output by semiconductor receivers sensitive to the flow of free electrons integrated into the array of analog-electronic conversion, forming a semiconductor matrix, combined and connected to the matrix of diodes through the pins placed on the case, all processor devices are united by a common system bus, and the processor system bus includes four main buses of the lower level: address bus, data bus, bus well, controls, a power bus, moreover, these controlled electron beam transparencies with electron-optical elements are manufactured according to planar technology, and magnetic lenses and lenses with combined electrostatic and magnetic fields have magnetic cores made of soft materials that are not closed on both sides, the gap between the elements of the specified the magnetic circuit serves as a pole tip, and the elements of the magnetic circuit simultaneously act as an electrostatic lens and a magnetic lens, all of these lenses have t-holes in the middle, around which are arranged windings flat magnetic microlenses. 2. Система по п. 1. отличается от известных тем, что обладает гибкостью управления физическими параметрами электронных пучков.2. The system according to claim 1. differs from the known ones in that it has the flexibility to control the physical parameters of electron beams. 3. Система по п. 1 отличается тем, что электронно-оптические микроэлементы объединяют в массивы управляемых интегрируемых сверхминиатюрных систем позиционирования электронных пучков и корректоров аберраций, расположенные на плоскости транспаранта.3. The system according to claim 1 is characterized in that the electron-optical microelements are combined into arrays of controlled integrable super-miniature systems for positioning electron beams and aberration correctors located on the transparency plane. 4. Система по п. 1 отличается тем, что электронные линзы позволяют изменять индивидуально скорость и фазы каждого электронного луча, работают в режиме формирования пространственного частотного спектра анализируемого изображения объекта, формируемого транспарантом или электронно-оптическим преобразователем.4. The system according to claim 1 is characterized in that the electronic lenses allow you to individually change the speed and phase of each electron beam, operate in the mode of forming the spatial frequency spectrum of the analyzed image of an object formed by a transparency or an electron-optical converter. 5. Система по п. 1 отличается тем, что для ввода информации используют техническое или телевизионное зрение, или фотообъектив с фотодиодной матрицей, которые подключают к управляемому электронно-лучевому транспаранту через массив ячеек оперативной памяти.5. The system of claim 1 is characterized in that technical or television vision, or a photo lens with a photodiode array, is used to enter information, which is connected to a controlled electron beam transparency through an array of random access memory cells. 6 Система по п. 1 отличается тем, что для ввода информации электронно-оптический преобразователь интегрируют в электронно-лучевой вычислитель.6 The system of claim 1 is characterized in that for inputting information, the electron-optical converter is integrated into the electron-beam computer. 7. Система по п. 1 отличается тем, что используют источник электронов с термокатодом или полевым катодом; помещаемый в соленоид с магнитным полем.7. The system of claim 1 is characterized in that an electron source with a thermal cathode or field cathode is used; placed in a solenoid with a magnetic field. 8. Система по п. 1 отличается тем, что используют жесткую или перестраиваемую логику.8. The system of claim 1 is characterized in that it uses rigid or tunable logic. 9. Система по п. 1 отличается тем, что устойчива к любым внешним условиям: температуре, радиации, магнитному, СВЧ-полю.9. The system according to claim 1 is characterized in that it is resistant to any external conditions: temperature, radiation, magnetic, microwave field. 10. Способ производства вычислительных операций, отличающийся тем, что при решении математических и логических задач поток свободных электронов, генерируемый системой в вакуумное пространство по любому из пп. 1-8, взаимодействует с множеством продольных, аксиально-симметричных электрических и магнитных полей электростатических и магнитных линз, и поперечных электрических и магнитных полей отклоняющих систем.10. A method of performing computational operations, characterized in that, when solving mathematical and logical problems, the flow of free electrons generated by the system into a vacuum space according to any one of paragraphs. 1-8, interacts with many longitudinal, axially symmetric electric and magnetic fields of electrostatic and magnetic lenses, and transverse electric and magnetic fields of deflecting systems. 11. Способ производства вычислительных операций, отличающийся тем, что при решении математических и логических задач используется процедура разложения образа объекта электронной линзой в спектр, с логарифмированием этого спектра, используя процедуру астигматизма изображения спектра посредством электронных призм или цилиндрических линз, или систем отклонения электронов системой по любому из пп. 1-8.11. A method of performing computational operations, characterized in that when solving mathematical and logical problems, the procedure of decomposing the image of an object with an electronic lens into a spectrum is used, with the logarithm of this spectrum using the procedure of astigmatism of the spectrum image using electronic prisms or cylindrical lenses, or electron deflection systems by any of paragraphs. 1-8. 12. Способ производства вычислительных операций по пп. 1-8, отличающийся тем, что при осуществлении вычислительных операций управление электронными пучками осуществляют с помощью электрических и магнитных полей за счет управления параметрами электронных линз и призм с использованием управляемых лучевых транспарантов системы по любому из пп. 1-8.12. Method for the production of computational operations according to claims. 1-8, characterized in that when performing computational operations, the control of electron beams is carried out using electric and magnetic fields by controlling the parameters of electronic lenses and prisms using controlled beam transparency of the system according to any one of paragraphs. 1-8. 13. Способ производства вычислительных операций по пп. 1-8, отличающийся тем, что изменение энергии и фаз электронов в каждом электронном пучке осуществляют за счет управления параметрами электронных линз и призм с использованием управляемых лучевых транспарантов системы по любому из пп. 1-8.13. Method for the production of computational operations according to claims. 1-8, characterized in that the change in the energy and phases of the electrons in each electron beam is carried out by controlling the parameters of electronic lenses and prisms using controlled beam transparencies of the system according to any one of paragraphs. 1-8.
RU2017116585A 2017-05-12 2017-05-12 Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation RU2664012C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017116585A RU2664012C1 (en) 2017-05-12 2017-05-12 Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017116585A RU2664012C1 (en) 2017-05-12 2017-05-12 Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664012C1 true RU2664012C1 (en) 2018-08-14

Family

ID=63177275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017116585A RU2664012C1 (en) 2017-05-12 2017-05-12 Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664012C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702537C1 (en) * 2018-08-23 2019-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2112356C1 (en) * 1994-09-28 1998-06-10 Шкирятов Валентин Васильевич Exhaust gas cleaning system
RU2172975C2 (en) * 1996-06-12 2001-08-27 Оптиком АСА Optical logic element and optical logic facility
US20090173936A1 (en) * 2008-01-03 2009-07-09 Bunyk Paul I Quantum processor
EA201270260A1 (en) * 2011-03-23 2012-10-30 Тескан, А.С. METHOD AND DEVICE FOR MATERIAL ANALYSIS BY MEANS OF A FOCUSED ELECTRON BEAM WITH THE USE OF CHARACTERISTIC X-RAY RADIATION AND REVERSED ELECTRONS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2112356C1 (en) * 1994-09-28 1998-06-10 Шкирятов Валентин Васильевич Exhaust gas cleaning system
RU2172975C2 (en) * 1996-06-12 2001-08-27 Оптиком АСА Optical logic element and optical logic facility
US20090173936A1 (en) * 2008-01-03 2009-07-09 Bunyk Paul I Quantum processor
EA201270260A1 (en) * 2011-03-23 2012-10-30 Тескан, А.С. METHOD AND DEVICE FOR MATERIAL ANALYSIS BY MEANS OF A FOCUSED ELECTRON BEAM WITH THE USE OF CHARACTERISTIC X-RAY RADIATION AND REVERSED ELECTRONS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702537C1 (en) * 2018-08-23 2019-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130216959A1 (en) Charged particle beam apparatus, and article manufacturing method
CN103533236A (en) Superhigh-speed digital photography device capable of being applied to multiple schlieren photography and optical splitter
KR102492348B1 (en) Folded Camera Lens Design
RU2664012C1 (en) Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation
CN110045459B (en) Method for transmitting orbital angular momentum in waveguide of photonic integrated chip
Graham et al. A system for trapping barium ions in a microfabricated surface trap
KR20220143083A (en) Quantum computing device based on individual Reedberg atoms
CN115482952A (en) Ion trap integrated chip, preparation method thereof and ion trap quantum computing system
JP2010015877A (en) Electron gun, electron microscope, and electron generation method
Notaros et al. Integrated optical phased arrays: LiDAR, augmented reality, and beyond
US2433700A (en) Phototube multiplier
US10644409B2 (en) Passive element
CN113283608B (en) Universal quantum computing device
US3229105A (en) Image intensifier device with mirror on rear surface, photocathode on front surface, and fiber optics in center of rear surface
US4070574A (en) Magnifying image intensifier
US6259088B1 (en) Image intensifier tube with curved components
CN101393053B (en) Partial gating glimmer detector of image intensifier based on generation III proximity type at normal temperature
US3457451A (en) Light shutter system utilizing an image intensifier tube
JP5934517B2 (en) Chromatic aberration corrector and control method for chromatic aberration corrector
JP2006524830A (en) Maskless lithography system
US2749463A (en) Solid state television pick-up tube
CN219085927U (en) Rapid imaging system and transmission electron microscope
CN106342415B (en) A kind of without focusing and zooming airborne television imaging optical system
Tian et al. 3-D Imaging Lidar Based on Miniaturized Streak Tube
US3551671A (en) Ion-electron image converter for use with ion microanalyzers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190513