新型超导纳米线存储器出错率创新低
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科技日报北京1月27日电 （记者刘霞）美国麻省理工学院（MIT）科学家研发出一种新型可扩展的超导存储器。该器件基于具有一维结构的超导纳米线，凭借独特的电学特性，实现了极低的出错率，未来有望应用于低功耗超导计算机及容错型量子计算机。相关成果发表于新一期《自然·电子学》杂志。
研究示意图。图片来源：《自然·电子学》杂志 要实现低能耗超导计算与容错量子计算，离不开高密度、可扩展的超导存储技术。超导体在冷却至临界温度以下时能以零电阻导电，是构建高效能电路的理想材料。然而，传统超导逻辑存储单元体积较大，难以大规模集成。而基于纳米线的小型化方案虽节省空间，却常因错误率偏高，难以拓展为多单元系统。
此次，团队成功研制出一个4×4规模的超导纳米线存储器阵列，专为行列式可扩展操作设计，功能密度高达2.6兆比特/平方厘米。每个存储单元由一条包含两个温敏超导开关和一个可变动力学电感器的纳米线环构成，结构精巧，响应灵敏。
实验表明，该阵列可在低至1.3开尔文的极低温环境下稳定运行。团队在此条件下实现了多量子态信息的存储与破坏性读取。通过精细调控写入与读出脉冲序列，显著降低了比特错误概率。
信息的写入与读取依赖于精准施加的电脉冲。当脉冲作用于特定单元时，会短暂加热其中一个超导开关，使其电阻瞬时上升，从而将磁通量注入回路。这一磁通量即用于编码“0”或“1”。脉冲结束后，纳米线迅速冷却并恢复超导状态，将携带信息的磁通量“锁定”在环路中，实现数据持久存储。
初步测试结果显示，新器件表现优异。在连续十万次操作中，仅出现约一次错误，远优于近年来多数同类超导存储器。团队还借助电路级仿真，深入分析了不同脉冲强度下存储单元的动态行为、性能边界与稳定性机制。
这项突破向超导存储系统的实用化迈出关键一步，加速其在真实场景中的可靠部署。未来，该设计有望进一步优化与扩展，以构建更大规模、更高性能的超导存储体系。
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