[发明专利]基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的表面等离子激元的Feynman门，包括第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一弧形波导和第二弧形波导，采用了两个微环谐振腔使得所设计的结构简单紧凑，为进一步设计更加复杂的逻辑器件提供借鉴，同时，第一矩形直波导、第二矩形直波导、第三矩形直波导、第四矩形直波导、第五矩形直波导、第一微环谐振腔、第二微环谐振腔、第一弧形波导和第二弧形波导结构的配合，满足了石墨烯表面等离激元的传播条件；优点是尺寸大大的缩小，结构紧凑，更加有利于片上集成。

技术领域

本发明涉及一种Feynman门，尤其是涉及一种基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门。

背景技术

随着信息科学技术不断发展的推进，计算机芯片的集成度以一年半翻一番的速度增长。当集成电路的线宽持续降低到一定程度时，摩尔定律将失去作用，当从原子角度考量门和连线时，量子效应便会对电子的正常运动产生很大的影响，那时就不得不从量子计算的角度来考虑集成电路了。目前，由场效应晶体管(Fets)组成的传统布尔型计算机是基于不可逆逻辑运算的。随着芯片集成度的不断增长，从而引发严重的发热问题。Landauer曾阐述过，对于传统的不可逆逻辑计算，每一比特信息损失因子都会产生ktln2焦耳的热能(其中k是Boltzmann常数，t是绝对温度)。虽然一比特信息丢失所产生的能量较小，但是在处理大量数据时所产的能量是相当大的，由此导致芯片存在严重的散热问题。

出于对上述问题的考虑，基于量子计算的量子可逆逻辑研究吸引着越来越多的学者关注。可逆逻辑方案可以实现一对一的映射功能，从对应的输出信号中识别输入信号，这意味着能从每个输入信号判断出一个唯一的输出信号，每个输出信号也可以追踪到一个唯一的输入信号。这种一对一的映射功能使得在不消耗能量和信息丢失的情况下从输出中恢复输入成为可能。因此，可逆逻辑在避免散热的同时不擦除任何信息，这对于未来的高速信息处理是非常重要的。

目前，为了解决因为信息丢失而引起的散热问题，人们提出并论证了多种可逆逻辑电路的解决方案。例如空间光方案、光纤方案、光子量子方案以及化学和生物方案。然而，这些方案在制造过程中都与商用互补金属氧化物半导体(CMOS)不兼容，在实现大规模集成方面也是非常容易的，导致集成电路具有很高的制造成本，限制了它们在片上信息处理领域的应用。其次Yonghui Tian等人提出并演示了一种利用硅基微环谐振器实现可逆逻辑操作的光学Feynman门。但该光学Feynman门同样也尺寸过大且不利于高度的集成化光学芯片设计。

石墨烯是一种由碳单原子周期性排列的蜂窝状结构组成的二维材料，它的价带和导带相交于狄拉克点(Dirac)，这种奇特的能带结构使得石墨烯具备其他普通材料不具有的一些特性，比如非常高的载流子迁移速率，优异的电学性能以及加适当门电压可以改变石墨烯的费米能级。因此，基于石墨烯表面等离子激元波导在设计高度集成的光学器件方面有着巨大的潜能。

鉴此，设计了一种基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门，对于减小Feynman门的尺寸，提高结构紧凑性，利于片上集成具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸较小、结构紧凑，利于片上集成的基于石墨烯表面等离子激元的Feynman门。