Китайская команда из Фуданьского университета разработала одноэлектронное квантовое флэш-устройство, достигшее предела плотности хранения данных

Репортаж от Wedoany，17 июля команда Чжоу Пэна и Лю Чуньсэня из Фуданьского университета опубликовала в журнале Science последние результаты, изобретя технологию «квантовой флэш-памяти», разработав устройство с крупнейшим в мире окном нелетучего квантового хранения и создав теоретическую систему одноэлектронного квантового хранения. Этот результат восполнил ключевые теоретические пробелы для инженерного применения квантового хранения.

Чипы памяти как фундаментальная основа вычислительной мощности, их задержка обмена данными и энергопотребление являются коренным узким местом, препятствующим повышению вычислительной мощности. Электрон — неделимая фундаментальная частица, теоретически «один электрон, один бит» является физическим пределом плотности хранения, но одноэлектронный квантовый эффект чрезвычайно трудно стабильно уловить, и долгое время считалось, что он существует лишь на теоретическом уровне. В конце прошлого века учёные пытались наблюдать одноэлектронное хранение, но результаты показали, что один электрон даёт лишь изменение напряжения в десятки милливольт, и состояние исчезает менее чем за 5 секунд. В современных основных динамических запоминающих устройствах с произвольным доступом для хранения 1 бита информации требуется около 200 000 электронов.

Ранее эта команда разработала сверхбыстрое устройство «Рассвет» с временем 400 пикосекунд и гибридный флэш-чип архитектуры «Длинный лук», соответствующие результаты были включены в десятку главных научных достижений Китая 2025 года. На этот раз команда, основываясь на фундаментальных принципах квантовой механики и используя преимущества атомарной толщины двумерных полупроводников для удержания электронов, спроектировала компланарную структуру «Возвращение к единому» сток-канал-исток, впервые наблюдая стабильное одноэлектронное хранение при комнатной температуре 27°C, преодолев технические узкие места, при которых в аналогичных экспериментах одноэлектронные состояния трудно стабильно поддерживать при комнатной температуре, а квантовое поведение невозможно чётко наблюдать. Это квантовое флэш-устройство, названное «Возвращение к единому», при введении всего одного электрона формирует окно хранения в 0,5 вольта, что соответствует стандартам коммерциализации и достигает теоретического пика хранения заряда «один электрон, один бит». Это устройство может снизить энергопотребление вычислительной мощности на фундаментальном уровне и является новым поколением ядра хранения, подходящим для развития искусственного общего интеллекта.

На этой основе команда инновационно предложила теорию «ножниц плотности состояний», впервые раскрыв невиданное ранее аномальное квантовое поведение хранения: точное «вырезание» определённых квантовых состояний в энергетическом пространстве, заставляя их исчезать из пустоты. Журнал Science оценил, что этот результат вводит новый теоретический механизм, делая инженерное управление квантовыми состояниями реальностью, и обладает широкими перспективами и значительным влиянием в области физики хранения и наноустройств.