“零能耗”量子超導二極管問世

　　厚度僅為頭發(fā)絲七百分之一的量子超導二極管，能在液氮溫區(qū)實現(xiàn)無能量損耗的高效工作，整流效率可達100%，并具備量子抗噪特性。11月28日，這一重要發(fā)現(xiàn)成果在線發(fā)表于《自然·物理》（Nature Physics），為開發(fā)新一代超導電子學器件奠定基礎(chǔ)。

　　超導二極管是近年來新興的低功耗電子學器件，具有類似半導體二極管的非對稱伏安曲線。然而，常規(guī)超導二極管的“0”態(tài)和“1”態(tài)分別對應零耗散態(tài)和有耗散態(tài)，因此器件在一半狀態(tài)下仍存在能耗。北京量子信息科學研究院（以下簡稱“北京量子院”）發(fā)揮新型研發(fā)機構(gòu)優(yōu)勢，聯(lián)合共建單位清華大學、中國科學院物理研究所以及南方科技大學，成功研發(fā)出“0”態(tài)和“1”態(tài)都無能耗的新型超導二極管--量子超導二極管。

　　據(jù)介紹，研究團隊自2016年起專注于高溫超導研究，已取得多項重要進展。在北京量子院的高溫超導實驗室，制備中的長和寬各幾十微米、厚度僅100納米的量子超導二極管，就是其在長期積累后取得的又一重要突破性成果。該研究工作為高溫超導機理這一核心科學問題提供了顛覆性認識。研究團隊演示了該器件的新型邏輯與門操作性，為開發(fā)微波頻段無能耗邏輯電路提供了新的路徑。

　　“它有著全新的電流傳輸方式：電子在量子超導二極管內(nèi)部運動時，不論在'0'態(tài)還是'1'態(tài)，都是兩兩'牽手跑'，從而實現(xiàn)能量的完全零耗散?！北本┝孔釉杭嫫秆芯繂T、清華大學物理系副教授張定介紹說，量子超導二極管的這一特點彌補了普通超導二極管內(nèi)單個電子因無序運動而碰撞產(chǎn)熱的難題，并提升了器件的抗噪能力，實現(xiàn)了信號的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換。

　　北京量子院副研究員朱玉瑩介紹說，團隊新研發(fā)的低溫器件制備技術(shù)還能實現(xiàn)超導二極管穩(wěn)定性、良品率的大幅提升。

　　“在量子計算機中，超導二極管可作為量子邏輯電路的重要組件。在零功耗狀態(tài)下完成信號噪音的過濾，能使輸入信號變得更'干凈'?！闭劦轿磥響?，張定表示，此前的超導二極管產(chǎn)品需要在液氦溫區(qū)，即約零下269攝氏度條件下工作，并需要施加一定的磁場。而量子超導二極管處在液氮溫區(qū)即可發(fā)揮效用，工作溫度能提升近10倍。隨著工作溫度提升，器件所需的冷卻裝置就能做得更簡潔、輕巧，今后有望幫助量子計算機“瘦身”。（記者 張偉）

　　轉(zhuǎn)自：中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報

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