仿人脑芯片在接近绝对零度下运行，或将革新量子计算

这项研究由张宇豪教授和博士生杨鑫主导，提出了一种在工业标准碳化硅（SiC）MOSFET晶体管中产生并调控‘负微分电阻’（NDR）的新方法。利用该方法，研究人员首次证明：单个晶体管能在仅10毫开尔文（接近绝对零度）的极低温下，高效模拟生物神经元特有的‘脉冲放电’行为——这种放电方式能耗极低，是类脑计算的关键特征。当前量子计算机面临一大难题：控制电路（通常基于硅）功耗高、发热大，必须远离超低温工作的量子比特，导致布线复杂、信号延迟、系统难以扩展。而本研究利用碳化硅在2开尔文以下展现的独特‘S形’负微分电阻效应（源于电子-施主碰撞电离，即EDII），构建出可与量子处理器直接集成的新型硬件平台。该效应不依赖器件自身发热，而是源自材料原子层面的固有特性，因此稳定性高、批次间一致性好，且能直接利用现有300毫米晶圆产线量产（碳化硅已广泛应用于电动汽车和电网）。研究还验证了多个此类‘人工神经元’可级联组网，有望在极低温环境下实现本地化实时数据处理，提升量子纠错和实时量子调控能力。此外，因电路可在极端低温下长期可靠运行，未来还可用于月球表面、深空探测器等严苛环境。