我国实现零损耗量子超导二极管突破

厚度仅为头发丝七百分之一的量子超导二极管近日取得突破性进展，该器件可在液氮温区实现无能量损耗的高效运行，整流效率达到100%，同时具备优异的量子抗噪性能。此项成果于2025年11月28日发表于国际权威期刊自然•物理，为新一代超导电子器件的研发奠定了坚实基础。

二极管作为基础电子元件，广泛应用于将交流电转换为直流电的整流过程中。然而，传统半导体材料制成的二极管因存在电阻，在工作时会产生热量，导致能量损耗。尽管超导材料本身具备零电阻特性，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，但在其中一种状态下仍存在能量耗散，限制了其应用效能。

此次由中国科研团队研发成功的新型量子超导二极管实现了关键突破。其核心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，即所谓“牵手跑”模式，从而在整个工作过程中彻底消除能量损耗。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，实现了更高品质的信号转换。

研究人员介绍，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条件。

在实际应用方面，该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。其能够在无需功耗的情况下完成对信号噪声的有效过滤，使输入信号更加纯净，从而提升系统整体运算精度与效率。值得一提的是，相较于以往需依赖液氦温区（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学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。