【导读】能耗问题一直是制约器件机能晋升的要害因素。11月28日，一项发表在《天然·物理》杂志的研究结果引起了科学界的广泛存眷——中国科学家乐成研发出了厚度仅为头发丝七百分之一的量子超导二极管，这一冲破性技能可以或许于液氮温区实现无能量损耗的高效事情，整流效率高达100%，并具有优秀的量子抗噪特征。

超导二极管的革命性冲破

于北京量子信息科学研究院的高温超导试验室内，研究职员制备出了长宽各几十微米、厚度仅100纳米的量子超导二极管。这一微不雅标准下的立异器件，正为下一代超导电子学器件的成长奠基坚实基础。

传统的二极管作为电子电路中的基本元器件，重要功效是将交流电转换为单向流动的直流电。然而，由通例半导体质料制成的二极管存于固有电阻，于事情历程中会因发烧致使能量损耗，这一直是电子器件范畴亟待解决的难题。

超导质料因其怪异的零电阻特征，被视为解决这一问题的抱负选择。但以往的超导二极管于特定电流强度与外部磁场作用下，其“0”态及“1”态别离对于应零耗散态及有耗散态，致使器件于一半事情状况下仍存于能量损耗。

图为中国科学家研发的“0”态及“1”态都无能耗的新型超导二极管——量子超导二极管。（研发团队供图）

量子超导二极管的技能道理

新研发的量子超导二极管完全转变了电传播输方式。北京量子院兼聘研究员、清华年夜学物理系副传授张定注释道：“电子于量子超导二极管内部运动时，岂论于‘0’态还有是‘1’态，都是两两‘牵手跑’，从而实现能量的彻底零耗散。”

这类怪异的电子配对于运念头制，有用填补了平凡超导二极管中单个电子因无序运动而碰撞产热的问题，同时显著晋升了器件的抗噪能力，确保了旌旗灯号的高质量转换。

技能上风与运用远景

与以往的超导二极管比拟，这一新型器件揭示出多方面的显著上风：

事情温度要求年夜幅降低：此前的超导二极管需要于液氦温区（零下269摄氏度）的极度前提下事情，并需施加特定磁场。而新型量子超导二极管于液氮温区（零下196摄氏度）便可充实阐扬效能，这年夜年夜降低了现实运用的难度及成本。

能耗体现卓着：该器件实现了于两种状况下均无能量损耗的抱负特征，整流效率到达100%，为开发微波频段无能耗逻辑电路提供了全新的技能路径。

不变性及良品率晋升：据北京量子院副研究员朱玉莹先容，团队开发的低温器件制备技能还有能实现超导二极管不变性及良品率的年夜幅晋升，为财产化运用打扫了障碍。

于运用方面，量子超导二极管具备广漠的远景。张定研究员指出：“于量子计较机中，超导二极管可作为量子逻辑电路的主要组件。于零功耗状况下完成旌旗灯号噪音的过滤，能使输入旌旗灯号变患上更‘洁净’，这对于在量子计较的切确性至关主要。”

业界专家遍及认为，这一结果是超导电子学器件从试验室走向财产化的主要里程碑。它不仅为新一代超导电子器件的开发斥地了门路，还有可能对于将来低功耗计较、量子信息技能以致整个电子财产孕育发生深远影响。

跟着全世界对于节能减排及高效计较需求的日趋增加，这类可以或许于液氮温区实现零能耗事情的量子超导二极管，有望于不久的未来为信息技能范畴带来革命性的厘革。