香港大學工程團隊今日（7日）公布，在低溫電子學領域取得里程碑式進展，成功開發出全球首款能在接近絕對零度環境下運作的可編程「神經形態」（neuromorphic）硬體平台。這項科研成果，有望解決大規模量子電腦普及化的技術難題，並為未來的深空探測任務提供關鍵技術支持。

現時量子電腦的發展受限於電子控制系統的散熱問題。由於「量子位元」（qubits）極易受到外界干擾，必須存放於接近絕對零度的環境，惟現有的矽基控制器功耗極高，運作時產生的熱量迫使控制器必須與量子位元保持距離。這種物理分隔導致系統內部需連接大量排線，形成所謂的「線路瓶頸」，嚴重阻礙了量子電腦的規模擴展與性能提升。

研究由港大工程學院電機與計算機工程系及先進半導體與積體電路研究中心（CASIC）合作進行，港大教授張宇昊與博士生楊鑫領導的研究團隊，提出了一種將硬體平台與量子處理器整合的方案。張宇昊指出，透過利用碳化矽中獨特的載子動力學，新研發的電路能效較傳統電子設備提升達數千倍，能顯著減輕低溫系統的熱負荷。

研究團隊發現，在工業標準的碳化矽（SiC）MOSFET中，可以透過電子-施主碰撞電離（EDII）驅動，產生並控制「S形」負微分電阻（NDR）行為。這項創新方法首度證實，單一電晶體即使在低至10mK（毫開爾文）的極低溫下，仍能模擬生物神經元高效的「脈衝」（spiking）運作模式。

由於這種物理機制源於材料本身的原子結構，而非依賴熱量，因此晶片在生產過程中展現出極高的穩定性與一致性。楊鑫博士生強調，這是一套穩健且具備擴展性的方法，由於碳化矽已廣泛應用於電動車等工業領域，研發團隊可利用現成的工業代工廠，在300毫米晶圓上製造這些低溫晶片。

研究證實，這些人工神經元可以透過「級聯」方式構建出龐大網絡，在極低溫環境下執行複雜的本地數據處理，將大幅提升量子糾錯與實時量子控制的效率。此外，這款具備強韌結構的電路，亦被預期能應用於深空探測任務，協助電子設備在月球表面或太陽系邊緣等極寒極限環境中持續運作。

該項研究成果已於國際權威學術期刊《自然·通訊》（Nature  Communications）發表，題為「基於碳化矽中柵控負微分電阻的低溫神經形態電路」。@

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