中国科学家研发液氮温区量子超导二极管，整流效率达100%引领超导电子学新突破

据新华社北京电（记者张漫子）厚度仅100纳米的量子超导二极管，能在液氮温区实现无能量损耗的高效工作，整流效率可达100%，并具备量子抗噪特性。这项11月28日发表于《自然·物理》的成果，为开发新一代超导电子学器件奠定了重要基础。

突破性创新：从实验室走向产业化的重要一步

记者在北京量子信息科学研究院的高温超导实验室看到了制备中的长和宽各几十微米、厚度仅100纳米的量子超导二极管。这一微型器件代表着中国在超导电子学领域的重要突破。

二极管作为电子电路的基础元件，其功能是将交流电转换为直流电。然而，传统半导体二极管因存在电阻，工作过程中会产生热量导致能量损耗。虽然超导材料具有零电阻特性，但以往的超导二极管在特定工作状态下仍存在能耗问题。

技术原理：量子态下的完全零耗散

北京量子院兼聘研究员、清华大学物理系副教授张定解释说：“我们研发的量子超导二极管采用了全新的电流传输机制。电子在器件内部运动时，不论处于‘0’态还是‘1’态，都是以成对方式协同运动，实现了能量的完全零耗散。”

这一量子特性从根本上解决了传统超导二极管中单个电子无序运动导致的碰撞产热问题。同时，量子态的稳定性也显著提升了器件的抗噪能力，确保了信号转换的高质量。

工作温度突破：液氮温区的实用化优势

此前，超导二极管需要在液氦温区（零下269摄氏度）的极端低温条件下工作，并需要施加外部磁场。而这项新成果将工作温度提升至液氮温区（零下196摄氏度），大大降低了设备的运行成本和复杂度。

北京量子院副研究员朱玉莹表示：“团队开发的新型低温器件制备技术不仅实现了工作温度的突破，还大幅提升了器件的稳定性和生产良品率，为产业化应用扫清了关键技术障碍。”

应用前景：量子计算与微波电路的新可能

在量子计算机中，超导二极管可作为量子逻辑电路的关键组件。张定指出：“在零功耗状态下完成信号噪声的过滤，能使输入信号变得更‘干净’，这对于量子计算的精确性和稳定性至关重要。”

相关专家认为，这一成果为开发微波频段无能耗逻辑电路提供了全新路径。在通信、雷达、医学成像等领域，这种高效、零耗散的超导器件将有望取代传统电子元件，推动整个电子信息技术向更低功耗、更高性能方向发展。

未来展望：超导电子学的新纪元

这项发表于国际顶尖期刊《自然·物理》的研究成果，标志着中国在超导电子学领域已走在世界前沿。量子超导二极管的成功研发不仅是基础科学的重大突破，更是从实验室走向产业化应用的关键一步。

随着制备技术的进一步完善和成本的进一步降低，这种新型量子超导二极管有望在不久的将来实现规模化生产，为新一代信息技术、量子计算、高端医疗设备等领域带来革命性变革，开启超导电子学应用的新纪元。

该成果的研发团队表示，将继续优化器件性能，探索更多应用场景，推动中国在超导电子技术领域的创新链与产业链深度融合，为全球科技发展贡献中国智慧。