【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——zhongguokexuejiachenggongyanfachulehoudujinweitoufasiqibaifenzhiyideliangzichaodaoerjiguan
，zheyitupoxingjishunenggouzaiyedanwenqushixianwunengliangsunhaodegaoxiaogongzuo

，zhengliuxiaolvgaoda100%，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。

傳(chuan)統(tong)的(de)二(er)極(ji)管(guan)作(zuo)為(wei)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)基(ji)本(ben)元(yuan)器(qi)件(jian)
，主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)是(shi)將(jiang)交(jiao)流(liu)電(dian)轉(zhuan)換(huan)為(wei)單(dan)向(xiang)流(liu)動(dong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)。然(ran)而(er)，由(you)常(chang)規(gui)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)的(de)二(er)極(ji)管(guan)存(cun)在(zai)固(gu)有(you)電(dian)阻(zu)

，在(zai)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)因(yin)發(fa)熱(re)導(dao)致(zhi)能(neng)量(liang)損(sun)耗(hao)，這(zhe)一(yi)直(zhi)是(shi)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)領(ling)域(yu)亟(ji)待(dai)解(jie)決(jue)的(de)難(nan)題(ti)。

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。”

zhezhongdutededianzipeiduiyundongjizhi，youxiaomibuleputongchaodaoerjiguanzhongdangedianziyinwuxuyundongerpengzhuangchanredewenti
，tongshixianzhutishengleqijiandekangzaonengli
，quebaolexinhaodegaozhiliangzhuanhuan。

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：jubeijingliangziyuanfuyanjiuyuanzhuyuyingjieshao


，tuanduikaifadediwenqijianzhibeijishuhainengshixianchaodaoerjiguanwendingxingheliangpinlvdedafutisheng，weichanyehuayingyongsaochulezhangai。

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。

suizhequanqiuduijienengjianpaihegaoxiaojisuanxuqiuderiyizengchang，zhezhongnenggouzaiyedanwenqushixianlingnenghaogongzuodeliangzichaodaoerjiguan，youwangzaibujiudejianglaiweixinxijishulingyudailaigemingxingdebiange。