“零能耗”的量子超導(dǎo)二極管來(lái)了液氮溫區(qū)高效工作

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2025-11-28 19:59:16 搜狐網(wǎng)

厚度僅為頭發(fā)絲七百分之一的量子超導(dǎo)二極管，能在液氮溫區(qū)實(shí)現(xiàn)無(wú)能量損耗的高效工作，整流效率可達(dá)100%，并具備量子抗噪特性。這項(xiàng)成果于11月28日發(fā)表在《自然·物理》雜志上，為開(kāi)發(fā)新一代超導(dǎo)電子學(xué)器件奠定了重要基礎(chǔ)。

“零能耗”的量子超導(dǎo)二極管來(lái)了

在北京量子信息科學(xué)研究院的高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室里，可以看到正在制備中的長(zhǎng)和寬各幾十微米、厚度僅100納米的量子超導(dǎo)二極管。這種新型超導(dǎo)二極管在“0”態(tài)和“1”態(tài)下都無(wú)能耗。

二極管是一種常見(jiàn)的電子元器件，能將電路中的交流電整流為單向流動(dòng)的直流電。傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料制成的二極管存在電阻，工作時(shí)會(huì)因發(fā)熱導(dǎo)致能量損耗。而超導(dǎo)材料具有零電阻特性，用它制成的二極管，在特定電流強(qiáng)度與外部磁場(chǎng)作用下，“0”態(tài)、“1”態(tài)分別對(duì)應(yīng)零耗散態(tài)、有耗散態(tài)，因此器件在一半狀態(tài)下仍存在能耗。

中國(guó)科學(xué)家研發(fā)出性能更強(qiáng)、能耗更低的量子超導(dǎo)二極管。這種二極管有著全新的電流傳輸方式：電子在其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)，不論在“0”態(tài)還是“1”態(tài)，都是兩兩“牽手跑”，從而實(shí)現(xiàn)能量的完全零耗散。這一特點(diǎn)彌補(bǔ)了普通超導(dǎo)二極管內(nèi)單個(gè)電子因無(wú)序運(yùn)動(dòng)而碰撞產(chǎn)熱的問(wèn)題，并提升了器件的抗噪能力，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的高質(zhì)量轉(zhuǎn)換。

北京量子院副研究員朱玉瑩表示，團(tuán)隊(duì)新研發(fā)的低溫器件制備技術(shù)還能大幅提升超導(dǎo)二極管的穩(wěn)定性和良品率。張定指出，量子計(jì)算機(jī)中，超導(dǎo)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(hào)噪音的過(guò)濾，使輸入信號(hào)變得更“干凈”。此前的超導(dǎo)二極管需在液氦溫區(qū)（零下269攝氏度）條件下工作，并需施加一定的磁場(chǎng)。而這一新器件在液氮溫區(qū)（零下196攝氏度）即可發(fā)揮效用。

相關(guān)專家認(rèn)為，這一成果是超導(dǎo)電子學(xué)器件從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的重要一步，為開(kāi)發(fā)微波頻段無(wú)能耗邏輯電路提供了新路徑。

(責(zé)任編輯：zx0001)

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