新型超导二极管问世，可促进量子计算机的工业应用

明尼苏达大学双城分校的研究团队最近开发了一种新型超导二极管，该二极管被认为是电子设备中的关键组件，可促进量子计算机的工业应用，并提升人工智能系统的性能。与传统超导二极管相比，这种新设备更加节能，可以同时处理多个电信号，并包含一系列控制能量流动的门，这是此前未曾集成到超导二极管中的功能。

这项研究成果已发表在《Nature Communications》杂志上。

二极管的作用是允许电流以一种方向流动，而阻止以相反方向流动。它是计算机芯片中的主要元件，通常由半导体制成。然而，研究人员对使用超导体制造二极管很感兴趣，因为超导体可以在传输能量时不损耗功率。

该研究团队利用三个约瑟夫森结创建了这种新型超导二极管，这些结是通过将非超导材料夹在超导体之间形成的。在这种情况下，超导体与半导体层相连。这种设备的独特设计允许研究人员使用电压来控制其行为。

与传统二极管只能处理一个输入和一个输出不同，该团队的设备具备处理多个信号输入的能力。这一特性可以应用于神经形态计算，一种模仿大脑神经元功能的工程电路方法，从而提高人工智能系统的性能。

研究团队成员 Vlad Pribiag 是该论文的资深作者，他是明尼苏达大学学院的副教授，担任物理学和天文学方面的职务。他表示：“我们的目标是使计算机更加强大，但目前的材料和制造方法很快会遇到硬性限制。因此，我们需要开发新的计算方法。当前提高计算能力的最大挑战之一是能源消耗。因此，我们在考虑超导技术可能为解决这一问题提供帮助的方法。”

研究人员指出，他们所制造的设备能源效率接近史上最高，并且首次展示了通过添加门并施加电场来调整效果的可能性。与此前的超导设备制造过

程相比，他们所使用的材料更易于工业化，并提供了新的功能。

从原理上讲，该方法可以适用于任何类型的超导体，使其比其他技术更具通用性和易用性。这使得他们的设备更适合于工业应用，并有助于扩大量子计算机的发展规模，以实现更广泛的应用。

Pribiag 补充说：“目前，所有的量子计算机在实际应用方面都还非常基础。为了拥有足够强大的计算机来解决实际有用的复杂问题，扩大规模是必要的。许多人正在研究计算机或AI机器的算法和用例，这些计算机或AI机器的性能可能优于传统计算机。在这里，我们正在开发能够实现这些算法的硬件，这表明大学播种了最终将进入工业并集成到实际机器中的想法的力量。”