美國麻省理工學院（MIT）科學家研發出一種新型可擴展的超導存儲器。該器件基於具有一維結構的超導納米線，憑藉獨特的電學特性，實現了極低的出錯率，未來有望應用於低功耗超導計算機及容錯型量子計算機。相關成果發表於新一期《自然·電子學》雜誌。

研究示意圖。圖片來源：《自然·電子學》雜誌

  要實現低能耗超導計算與容錯量子計算，離不開高密度、可擴展的超導存儲技術。超導體在冷卻至臨界溫度以下時能以零電阻導電，是構建高效能電路的理想材料。然而，傳統超導邏輯存儲單元體積較大，難以大規模集成。而基於納米線的小型化方案雖節省空間，卻常因錯誤率偏高，難以拓展為多單元系統。

  此次，團隊成功研製出一個4×4規模的超導納米線存儲器陣列，專為行列式可擴展操作設計，功能密度高達2.6兆比特/平方厘米。每個存儲單元由一條包含兩個溫敏超導開關和一個可變動力學電感器的納米線環構成，結構精巧，響應靈敏。

  實驗表明，該陣列可在低至1.3開爾文的極低溫環境下穩定運行。團隊在此條件下實現了多量子態信息的存儲與破壞性讀取。通過精細調控寫入與讀出脈衝序列，顯著降低了比特錯誤概率。

  信息的寫入與讀取依賴於精準施加的電脈衝。當脈衝作用於特定單元時，會短暫加熱其中一個超導開關，使其電阻瞬時上升，從而將磁通量注入回路。這一磁通量即用於編碼“0”或“1”。脈衝結束後，納米線迅速冷卻並恢復超導狀態，將攜帶信息的磁通量“鎖定”在環路中，實現數據持久存儲。

  初步測試結果顯示，新器件表現優異。在連續十萬次操作中，僅出現約一次錯誤，遠優於近年來多數同類超導存儲器。團隊還借助電路級倣真，深入分析了不同脈衝強度下存儲單元的動態行為、性能邊界與穩定性機制。

  這項突破向超導存儲系統的實用化邁出關鍵一步，加速其在真實場景中的可靠部署。未來，該設計有望進一步優化與擴展，以構建更大規模、更高性能的超導存儲體系。（記者 劉霞）