北京
量子閃存技術成功構建出共面的漏極-溝道-源極“歸壹”結構，首次在室溫環境下清晰觀測到了單電子的非易失性存儲行為。
復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室集成電路與微納電子創新學院周鵬-劉春森研究團隊在《科學》（Science）發表重磅成果，他們發明的“量子閃存”（Quantum Flash）技術，成功構建出共面的漏極-溝道-源極“歸壹”結構，首次在室溫（27℃）環境下清晰觀測到了單電子的非易失性存儲行為，這不僅徹底打破了“單電子存儲”無法實現的傳統認知，開創了單電子量子存儲的全新理論體系，更為AI時代算力革命奠定關鍵理論基礎。
想要拔高AI算力天花板，就必須打破傳統存儲器在速率、功耗上的瓶頸。去年4月，周鵬-劉春森團隊提出“破曉（PoX）”器件，實現了世界最快400皮秒超高速非易失存儲。在突破存儲速度極限之后，團隊進一步探索電荷存儲的理論極限——電子。電子是不可再分的基礎粒子，理論上可構成最小存儲單元，但受量子效應制約，該技術長期停留在理論設想，難以實驗復現。
把存儲器件比作蓄水池，單電子就如同池內一滴水。依據海森堡不確定性原理，電子束縛空間越小，能量波動與量子干擾越強。早年科研人員觀測單電子信號時，僅能捕捉數十毫伏微弱電壓變化，且狀態在不到5秒內消失。
針對這一痛點，研究團隊立足量子力學基本原理，深挖單電子精準操控的極限。依托二維半導體原子級厚度的天然“囚禁”優勢，創新提出自對準平面裁剪工藝，搭建共面的漏極-溝道-源極 “歸壹” 架構。
漏極-溝道-源極“歸壹”結構
實驗顯示，僅需注入單個電子，存儲窗口便可達0.5伏特，數據在室溫（27℃）下依然保持穩定。相較于1997年《科學》雜志報道的55 mV且僅能維持5秒的硅基單電子存儲，這項工作將室溫下的單電子量子態信號放大了近一個數量級，并具備了真正的非易失性。
同時，研究團隊還獨創性提出“態密度剪刀”理論，揭示了一種前所未見的反常量子存儲行為：在能量空間中用一把無形的“量子剪刀”將特定的量子態精準“裁剪”，使其憑空消失。這一發現不僅開創了單電子量子存儲的全新理論體系，更為量子存儲走向工程應用拼上了關鍵版圖。
該研究將電荷存儲的信息密度提升至理論極限，實現了“一電子一比特”，也為面向人工通用智能（AGI）需求的高密度存儲器研發提供了新的技術基礎。下一步，團隊將著力推進該器件的工程化與大規模芯片集成，推動基礎研究走向產業應用。
數據中心面臨的最大瓶頸在于存算交互過程中的能耗損失（數據搬運功耗往往是計算功耗的數倍）。該技術不僅能提供超低功耗的存儲陣列，更能通過半導體后道集成技術（BEOL），將存儲單元直接集成在計算單元上方，使信息傳輸距離縮短至百納米級。這種極佳的“存算一體”特性，能從源頭上解決算力中心的能耗痛點，賦能國家“東數西算”戰略。
目前，團隊在二維存儲與8英寸及12英寸CMOS晶圓異質集成制造領域已具備成熟工藝基礎，得益于二維半導體的異質集成工藝復雜度遠低于體硅晶體的摻雜、隔離等方案，未來的存儲芯片有望在成本上與主流產品持平甚至更具優勢。周鵬教授在接受采訪時表示，團隊計劃于今年下半年正式成立初創公司，首期目標是完成基于現有半導體產線改造的芯片驗證。
*聲明：本文系原作者創作。文章內容系其個人觀點，我方轉載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認同，如有異議，請聯系后臺。
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
