我国科学家突破液氮温区超导，量子计算迎来新篇章

近日，权威国际学术期刊《自然·物理》发表了一项来自中国科研团队的重大突破——全球首款能在液氮温区实现零能耗高效工作的量子超导二极管正式问世。该器件厚度仅相当于人类头发丝直径的七百分之一，不仅整机效率达到理论极限的100%水平，更具备了量子级别的抗干扰能力，为超导电子学器件的实用化进程按下了加速键。

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传统二极管作为电子电路的核心元件，通过将交流电转换为直流电来实现电能调控。但基于半导体材料的器件因存在电阻，工作过程中不可避免地会产生焦耳热，导致能量损耗。尽管超导材料在临界温度下可呈现零电阻特性，但此前研发的超导二极管仍需依赖液氦温区（零下269℃）的极端环境，且需施加外部磁场才能维持“0”/“1”双态切换，其中“1”态仍存在能量耗散问题。

北京量子信息科学研究院与清华大学联合团队突破性地将量子效应引入超导器件设计。研究发现，当电子在特定量子态下形成库珀对时，无论是处于“0”态（零耗散）还是“1”态（有耗散），均能保持成对运动的稳定状态。这种独特的传输机制彻底解决了传统器件中单电子无序运动引发的碰撞产热难题，同时将抗噪性能提升至量子级别，确保信号转换过程中的保真度接近完美。

实验数据显示，新型器件在液氮温区（零下196℃）即可稳定工作，较前代技术的工作温度提升73℃。北京量子院副研究员朱玉璠透露，团队研发的低温制备工艺使器件良品率提升3倍以上，稳定性指标达到国际领先水平。这项技术突破不仅大幅降低了超导器件的运维成本，更为其规模化应用扫清了关键障碍。

该成果在量子计算领域展现出巨大潜力。清华大学物理系副主任张定教授指出，作为量子逻辑电路的核心组件，新型二极管可在零功耗状态下完成信号滤波，有效去除背景噪声。相较于传统需要液氦冷却和磁场调控的器件，新设备仅需普通液氮即可运行，设备复杂程度降低80%，为构建实用化量子计算机提供了关键技术支撑。

多位国际同行专家评价称，这项研究标志着超导电子学器件从实验室原型向产业化应用迈出关键一步。其开创的量子整流机制与低温制备技术，为开发微波频段零能耗逻辑电路开辟了新路径，有望推动量子通信、高精度传感等领域的革命性发展。