重大科研突破 港大全球首創極低溫運算晶片
【大公報訊】記者郭如佳報道：香港大學工程學院電機與計算機工程系與先進半導體與積體電路研究中心（CASIC）公布，在低溫電子學取得進展，成功開發出全球首款可於接近絕對零度運作的可編程「神經形態」晶片，目標是處理量子電腦控制及極端環境下的運算需求。研究團隊表示，除了量子計算，這款結構強韌的電路也非常適合應用於深空探測，幫助電子設備在月球表面或太陽系邊緣的極寒極限環境中正常運作。
由電機與計算機工程系教授張宇昊及博士生楊鑫帶領的團隊，提出在工業常用的碳化矽（SiC）MOSFET中產生並控制「負微分電阻」（NDR）的方法。首次證實單一電晶體在低至10mK（毫開爾文，即接近絕對零度）之下，仍可模擬神經元的脈衝式運作，意味部分運算可在低溫環境中直接完成。
減少量子電腦熱負荷
現代量子電腦需在接近絕對零度下運作，但現有矽基控制器功耗高、發熱大，通常放置於較高溫區域，與量子位元分隔，系統因而依賴大量連接線，形成的「線路瓶頸」限制規模與效能。研究嘗試將控制電路「下沉」至低溫區域，以減少連線與熱負荷。
團隊觀察到，當碳化矽MOSFET冷卻至約2K以下時，在「電子─施主碰撞電離機制（EDII）」推動下會出現S形負微分電阻NDR行為。該現象來自材料本身特性，與依賴熱效應的傳統方法不同，理論上在不同批次晶片中亦能保持一致穩定性。
張宇昊表示：「我們的工作引入了一種可以與量子處理器整合在一起的硬體平台，透過利用碳化矽中獨特的載子動力學，我們能夠創造比傳統電子設備能效高出數千倍的電路，從而顯著降低低溫系統的熱負荷。」
為深空探測添助力
研究人員稱，碳化矽已廣泛用於電動車與電網，相關製程成熟，低溫晶片可望利用現有代工技術生產，並可在300毫米晶圓上製造。團隊亦展示，這些「神經元」元件可被「級聯」成網絡，在低溫環境進行較複雜的即時處理，潛在用於量子糾錯與控制。
除量子計算外，研究亦提及在深空探測的應用，例如月球或太陽系邊緣的極低溫環境中維持電子系統運作。相關成果已發表於《自然通訊》（Nature Communications）期刊。
