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美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）科學(xué)家研發(fā)出一種新型可擴(kuò)展的超導(dǎo)存儲(chǔ)器。該器件基于具有一維結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)納米線，憑借獨(dú)特的電學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)了極低的出錯(cuò)率，未來(lái)有望應(yīng)用于低功耗超導(dǎo)計(jì)算機(jī)及容錯(cuò)型量子計(jì)算機(jī)。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·電子學(xué)》雜志。

要實(shí)現(xiàn)低能耗超導(dǎo)計(jì)算與容錯(cuò)量子計(jì)算，離不開(kāi)高密度、可擴(kuò)展的超導(dǎo)存儲(chǔ)技術(shù)。超導(dǎo)體在冷卻至臨界溫度以下時(shí)能以零電阻導(dǎo)電，是構(gòu)建高效能電路的理想材料。然而，傳統(tǒng)超導(dǎo)邏輯存儲(chǔ)單元體積較大，難以大規(guī)模集成。而基于納米線的小型化方案雖節(jié)省空間，卻常因錯(cuò)誤率偏高，難以拓展為多單元系統(tǒng)。

此次，團(tuán)隊(duì)成功研制出一個(gè)4×4規(guī)模的超導(dǎo)納米線存儲(chǔ)器陣列，專(zhuān)為行列式可擴(kuò)展操作設(shè)計(jì)，功能密度高達(dá)2.6兆比特/平方厘米。每個(gè)存儲(chǔ)單元由一條包含兩個(gè)溫敏超導(dǎo)開(kāi)關(guān)和一個(gè)可變動(dòng)力學(xué)電感器的納米線環(huán)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)精巧，響應(yīng)靈敏。

實(shí)驗(yàn)表明，該陣列可在低至1.3開(kāi)爾文的極低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。團(tuán)隊(duì)在此條件下實(shí)現(xiàn)了多量子態(tài)信息的存儲(chǔ)與破壞性讀取。通過(guò)精細(xì)調(diào)控寫(xiě)入與讀出脈沖序列，顯著降低了比特錯(cuò)誤概率。

信息的寫(xiě)入與讀取依賴(lài)于精準(zhǔn)施加的電脈沖。當(dāng)脈沖作用于特定單元時(shí)，會(huì)短暫加熱其中一個(gè)超導(dǎo)開(kāi)關(guān)，使其電阻瞬時(shí)上升，從而將磁通量注入回路。這一磁通量即用于編碼“0”或“1”。脈沖結(jié)束后，納米線迅速冷卻并恢復(fù)超導(dǎo)狀態(tài)，將攜帶信息的磁通量“鎖定”在環(huán)路中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久存儲(chǔ)。

初步測(cè)試結(jié)果顯示，新器件表現(xiàn)優(yōu)異。在連續(xù)十萬(wàn)次操作中，僅出現(xiàn)約一次錯(cuò)誤，遠(yuǎn)優(yōu)于近年來(lái)多數(shù)同類(lèi)超導(dǎo)存儲(chǔ)器。團(tuán)隊(duì)還借助電路級(jí)仿真，深入分析了不同脈沖強(qiáng)度下存儲(chǔ)單元的動(dòng)態(tài)行為、性能邊界與穩(wěn)定性機(jī)制。

這項(xiàng)突破向超導(dǎo)存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)用化邁出關(guān)鍵一步，加速其在真實(shí)場(chǎng)景中的可靠部署。未來(lái)，該設(shè)計(jì)有望進(jìn)一步優(yōu)化與擴(kuò)展，以構(gòu)建更大規(guī)模、更高性能的超導(dǎo)存儲(chǔ)體系。