我国科学家研制单电子量子闪存器件
魏路 科技日报记者 王春
作为算力的底层基石，存储芯片所带来的数据交互延时与功耗问题，是阻碍算力提升的根本瓶颈。破解算力困局，呼唤存储技术的颠覆性突破。
7月17日，复旦大学周鹏、刘春森团队在《科学》发表最新成果：团队发明“量子闪存”技术，研制出具有全球最大非易失量子存储窗口的器件，开创单电子量子存储理论体系，为量子存储工程应用补齐关键理论短板。
电子是不可分割的基础粒子，理论上“一电子、一比特”是存储密度的物理极限，但单电子量子效应极难稳定捕捉，长期被学界认定仅停留在理论层面。
如果把存储器件看作一个“蓄水池”，电子就是池中的“一滴水”。上世纪末，科学家试图观测单电子存储，就像试图感知“一滴水”在巨大水库中的波动。结果显示，单个电子仅贡献了数十毫伏的电压变化，且状态在不到5秒内消失。而当前主流的动态随机存储器，存储1比特信息就要消耗约20万个电子，存储密度提升遭遇瓶颈。
该团队此前已研发400皮秒超快“破晓”器件、“长缨”混合架构闪存芯片，相关成果入选2025年度中国科学十大进展。此次团队基于量子力学基本原理，依托二维半导体原子级厚度的电子束缚优势，设计共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构，首次在27℃室温环境下观测到单电子稳定存储行为，突破了同类实验中单电子状态难以在室温下稳定保持、量子行为无法清晰观测的技术瓶颈。
这款名为“归壹”的量子闪存器件仅注入单个电子，就能形成0.5伏特存储窗口，满足商业化落地标准，达到了“一电子、一比特”电荷存储的理论顶峰。据悉，该器件能从底层降低算力功耗，是适配人工通用智能发展的新一代存储核心。
二维共平面漏极-沟道-源极“归壹”结构。
世界上最大室温非易失量子存储窗口0.5V。
团队不但实现了在量子存储窗口上的跨越，而且在此基础上颠覆性创新，独创性地提出了“态密度剪刀”理论。基于这种全新的“剪刀机制”，团队在世界上首次揭示了一种前所未见的反常量子存储行为：在能量空间中用一把无形的“量子剪刀”将特定的量子态精准“裁剪”使其凭空消失。这一成果不仅开创了单电子量子存储的全新理论体系，更为量子存储走向工程应用，拼上了至关重要的一块理论版图。《科学》期刊评价，该成果引入全新理论机制，让量子态工程化操控成为现实，在存储物理与纳米器件领域具备广阔前景与重大影响力。
（复旦大学供图）
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