【導讀】能耗問題一直是製約器件性能提升的關鍵因素。11月28日
，一項發表於《自然·物理》雜誌的研究成果引起了科學界的廣泛關注——中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)家(jia)成(cheng)功(gong)研(yan)發(fa)出(chu)了(le)厚(hou)度(du)僅(jin)為(wei)頭(tou)發(fa)絲(si)七(qi)百(bai)分(fen)之(zhi)一(yi)的(de)量(liang)子(zi)超(chao)導(dao)二(er)極(ji)管(guan)，這(zhe)一(yi)突(tu)破(po)性(xing)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)在(zai)液(ye)氮(dan)溫(wen)區(qu)實(shi)現(xian)無(wu)能(neng)量(liang)損(sun)耗(hao)的(de)高(gao)效(xiao)工(gong)作(zuo)，整(zheng)流(liu)效(xiao)率(lv)高(gao)達(da)100%
，並具備優異的量子抗噪特性。

超導二極管的革命性突破

在北京量子信息科學研究院的高溫超導實驗室內，研究人員製備出了長寬各幾十微米、厚度僅100納米的量子超導二極管。這一微觀尺度下的創新器件
，正為下一代超導電子學器件的發展奠定堅實基礎。

chuantongdeerjiguanzuoweidianzidianluzhongdejibenyuanqijian，zhuyaogongnengshijiangjiaoliudianzhuanhuanweidanxiangliudongdezhiliudian。raner，youchangguibandaoticailiaozhichengdeerjiguancunzaiguyoudianzu
，zaigongzuoguochengzhonghuiyinfaredaozhinengliangsunhao
，zheyizhishidianziqijianlingyujidaijiejuedenanti。

超導材料因其獨特的零電阻特性，被視為解決這一問題的理想選擇。但以往的超導二極管在特定電流強度與外部磁場作用下，其“0”態和“1”態分別對應零耗散態和有耗散態
，導致器件在一半工作狀態下仍存在能量損耗。

圖為中國科學家研發的“0”態和“1”態都無能耗的新型超導二極管——量子超導二極管。（研發團隊供圖）

量子超導二極管的技術原理

新研發的量子超導二極管徹底改變了電流傳輸方式。北京量子院兼聘研究員、清華大學物理係副教授張定解釋道：“電子在量子超導二極管內部運動時，不論在‘0’態還是‘1’態，都是兩兩‘牽手跑’，從而實現能量的完全零耗散。”

這zhe種zhong獨du特te的de電dian子zi配pei對dui運yun動dong機ji製zhi

，有you效xiao彌mi補bu了le普pu通tong超chao導dao二er極ji管guan中zhong單dan個ge電dian子zi因yin無wu序xu運yun動dong而er碰peng撞zhuang產chan熱re的de問wen題ti，同tong時shi顯xian著zhu提ti升sheng了le器qi件jian的de抗kang噪zao能neng力li
，確que保bao了le信xin號hao的de高gao質zhi量liang轉zhuan換huan。

技術優勢與應用前景

與以往的超導二極管相比，這一新型器件展現出多方麵的顯著優勢：

工作溫度要求大幅降低：此前的超導二極管需要在液氦溫區（零下269攝氏度）的極端條件下工作，並需施加特定磁場。而新型量子超導二極管在液氮溫區（零下196攝氏度）即可充分發揮效能，這大大降低了實際應用的難度和成本。

能耗表現卓越：該器件實現了在兩種狀態下均無能量損耗的理想特性
，整流效率達到100%

，為開發微波頻段無能耗邏輯電路提供了全新的技術路徑。

穩定性和良品率提升：據ju北bei京jing量liang子zi院yuan副fu研yan究jiu員yuan朱zhu玉yu瑩ying介jie紹shao，團tuan隊dui開kai發fa的de低di溫wen器qi件jian製zhi備bei技ji術shu還hai能neng實shi現xian超chao導dao二er極ji管guan穩wen定ding性xing和he良liang品pin率lv的de大da幅fu提ti升sheng，為wei產chan業ye化hua應ying用yong掃sao除chu了le障zhang礙ai。

在應用方麵
，量子超導二極管具有廣闊的前景。張定研究員指出：“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。在零功耗狀態下完成信號噪音的過濾，能使輸入信號變得更‘幹淨’，這對於量子計算的精確性至關重要。”

業(ye)界(jie)專(zhuan)家(jia)普(pu)遍(bian)認(ren)為(wei)，這(zhe)一(yi)成(cheng)果(guo)是(shi)超(chao)導(dao)電(dian)子(zi)學(xue)器(qi)件(jian)從(cong)實(shi)驗(yan)室(shi)走(zou)向(xiang)產(chan)業(ye)化(hua)的(de)重(zhong)要(yao)裏(li)程(cheng)碑(bei)。它(ta)不(bu)僅(jin)為(wei)新(xin)一(yi)代(dai)超(chao)導(dao)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)開(kai)發(fa)開(kai)辟(pi)了(le)道(dao)路(lu)，還(hai)可(ke)能(neng)對(dui)未(wei)來(lai)低(di)功(gong)耗(hao)計(ji)算(suan)、量子信息技術乃至整個電子產業產生深遠影響。

隨sui著zhe全quan球qiu對dui節jie能neng減jian排pai和he高gao效xiao計ji算suan需xu求qiu的de日ri益yi增zeng長chang，這zhe種zhong能neng夠gou在zai液ye氮dan溫wen區qu實shi現xian零ling能neng耗hao工gong作zuo的de量liang子zi超chao導dao二er極ji管guan
，有you望wang在zai不bu久jiu的de將jiang來lai為wei信xin息xi技ji術shu領ling域yu帶dai來lai革ge命ming性xing的de變bian革ge。