我国实现零损耗量子超导二极管突破，开启高效能新时代

厚度仅与发丝七百分之一相当的量子超导二极管近日取得突破性进展，该器件在液氮温区能够实现无能量损耗的高效运行，整体效率达到100%，同时展现出卓越的量子抗噪声性能。这项重要研究成果于2025年11月28日刊登于国际权威期刊《自然·物理学》，为新一代超导电子器件的研发奠定了坚实基础。

作为电子电路中的基础元件，二极管广泛应用在交流电转换为直流的整流过程中。然而，传统半导体材料制成的二极管因存在电阻，会在工作时产生热量，造成能量损失。虽然超导材料本身具有零电阻特性，但此前研制的超导二极管在特定电流和外加磁场条件下虽能实现“0”态与“1”态的切换，却在其中一种状态下仍存在能量耗散，限制了其实际应用效能。

此次由中国科研团队成功研发的新型量子超导二极管实现了关键突破。其核心创新在于全新的电子传输机制：在器件内部，电子无论处于“0”态还是“1”态，均以成对形式协同运动，形成所谓的“携手跑”模式，从而在整个工作过程中彻底消除了能量损耗。这一机制有效避免了单个电子因无序运动引发的碰撞与发热问题，显著提升了器件的稳定性和抗干扰能力，实现了更高质量的信号转换。

研究团队介绍，该器件在设计与制备工艺上也取得重要进展。通过开发新型低温器件加工技术，大幅提高了超导二极管的成品率和长期稳定性，为后续规模化应用创造了有利条件。

在实际应用层面，这种量子超导二极管有望成为未来量子计算机中关键的逻辑电路组件。它能够在无需功耗的情况下有效过滤信号噪声，使输入信号更加纯净，从而提升系统整体运算精度与效率。值得注意的是，相较以往需要依赖液氦温区（约零下269摄氏度）并施加外部磁场才能工作的传统超导器件，新型二极管仅需在液氮温区（约零下196摄氏度）即可正常运行，大幅降低了制冷成本与技术门槛。

业内专家指出，这一成果标志着超导电子器件正从实验室研究向实际应用迈出关键一步，不仅拓展了超导技术在微波频段逻辑电路中的应用前景，也为构建低功耗乃至零功耗电子系统提供了全新的技术路径。