接近絕對零度的類腦晶片技術突破

香港大學 量子計算 類腦晶片 碳化矽 低溫電子學 深空探測

Summary

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香港大學研究團隊於2026年6月19日發表重大突破,成功開發出一種能在接近絕對零度(10 mK)環境下運作的類腦晶片。該技術利用碳化矽(SiC)金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的特殊物理特性,實現了類似生物神經元的脈衝活動,為量子計算與深空探測領域提供了極具潛力的硬體解決方案。 研究核心在於利用碳化矽材料在極低溫下產生的負微分電阻(NDR)效應。此效應源於材料內部的原子結構,而非傳統的熱相關過程,因此具備高度的穩定性與可重複性。這項技術能顯著降低量子計算系統的熱負荷,並簡化量子位元控制電路的複雜度,解決了當前量子電腦擴展規模的關鍵瓶頸。 該研究不僅提升了量子錯誤修正與即時控制的效率,其耐極低溫的特性也為深空探測任務開闢了新路徑。由於碳化矽已廣泛應用於電動車與電力網,該技術可直接利用現有的工業晶圓代工廠進行量產,具備極高的商業化與實用價值。 對於相關領域的專業人士而言,此項成果標誌著類腦計算與低溫電子學的深度融合。未來應用將不僅限於量子處理器,更可延伸至月球表面或深空環境下的科學儀器,實現極端環境下的高效能數據處理。

Key Points

01

🔹 核心技術突破:極低溫類腦晶片

香港大學研究團隊開發出能在10 mK(毫克耳文,接近絕對零度)環境下運作的類腦硬體。該平台利用碳化矽(SiC)金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET),成功模擬生物神經元的脈衝活動,實現了極高能源效率的數據處理。

02

🔸 關鍵物理機制:負微分電阻(NDR)

研究發現碳化矽在低於2K溫度下會產生強烈的S型負微分電阻效應。此現象源於電子施體撞擊游離(EDII),即材料內部的原子結構特性,而非依賴熱過程,確保了晶片在極端低溫下的穩定性與製造的一致性。

03

⭐ 解決量子計算擴展瓶頸

量子位元(Qubits)需在極低溫下運作,傳統矽基控制器因發熱量大,必須遠離量子處理器,導致複雜的佈線限制了系統擴展。此新型晶片能直接整合於量子處理器旁,大幅降低冷卻系統的熱負荷,提升整體效能。

04

📊 工業化量產潛力

由於碳化矽材料已廣泛應用於電動車與電力網,該技術可直接利用現有的工業晶圓代工廠進行製造。研究團隊證實可於300毫米晶圓上進行生產,具備極高的商業化擴展性與實用價值。

05

💡 深空探測與未來應用

除了量子計算,該技術在深空探測領域具有巨大潛力。其能在月球表面或深空等極寒環境下穩定運作,為未來的太空船與科學儀器提供高效的本地數據處理能力,實現即時控制與錯誤修正。

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