香港大學（HKU）及先進半導體與集成電路中心（CASIC）的研究人員宣佈在低温電子學領域取得重大突破：成功開發出一個可編程的類腦硬件平台，能夠在低至 10 毫開爾文（-459.65°F）運作，接近絕對零度。此項創新對於量子計算及深空探索的未來具有重要潛力。
研究團隊由香港大學電機及計算機工程系的張宇浩教授及博士生楊欣領導，成功地在工業標準的碳化矽（SiC）金氧半場效應晶體管（MOSFET）中利用了負微分電阻（NDR）。他們的方法使單個晶體管能夠在超低温下模擬生物神經元的能量高效「脈衝」行為。這是首次在低温環境下的標準晶體管中展示此種行為。
研究團隊成功開發可編程類腦硬件平台
量子計算需要在接近絕對零度的極低温環境下運作的高度敏感量子位（qubits）才能有效運行。然而，傳統的矽基控制器會產生大量熱量且耗電量高，因此必須將其放置在距離量子位數米（大型設施中超過一英里）的位置。這種距離引入了接線瓶頸，限制了可擴展性和性能。張教授指出：“我們的研究介紹了一個可以與量子處理器集成的硬件平台。通過利用碳化矽中的獨特載流子動力學，我們可以創建比傳統電子設備高出數千倍的能量效率電路，顯著減少低温系統的熱負荷。
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關鍵發現是，當碳化矽 MOSFET 降温至 2 開爾文（-456.67°F）以下時，因電子供體影響電離（EDII）而顯示出強烈的「S 形」NDR 行為。與其他需要熱量才能運作的技術不同，這一機制是材料本身的內在特性，使其在不同的製造批次間都能保持穩定可重複性。楊欣表示：“這是一種穩健且可擴展的方法。碳化矽已廣泛應用於電動車和電網，因此我們可以利用現有的工業廠房在 300 毫米（11.8 英寸）晶圓上生產這些低温晶片。
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研究顯示，這些人工神經元可以串聯形成更大的網絡，實現超低温下的複雜本地數據處理。此項進展預計將大大改善量子錯誤更正及實時量子控制，這對於推進量子計算技術至關重要。
除了量子計算，這些耐寒電路還在深空任務中具有潛在應用，因為電子設備必須能夠承受極端寒冷，例如在月球表面或外太陽系中。該研究的完整結果已發表於《自然通訊》（Nature Communications），論文標題為《利用碳化矽中的閘控負微分電阻的低温類腦電路》。
