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香港大學（港大）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）的團隊在低溫電子學領域取得了重大突破 。團隊成功研發出一款可在接近絕對零度下運作的可編程「神經形態」（neuromorphic）硬體平台，為大規模量子電腦的普及以及深空探測任務提供了潛在解決方案。

在張宇昊教授和博士生楊鑫的帶領下，該團隊發現了一種在工業標準的碳化矽（SiC）MOSFET中產生並控制負微分電阻（NDR）的創新方法 。這項技術首次證實，單一電晶體在低至 10 mK（毫開爾文，即接近絕對零度）的極低溫下，仍能模擬生物神經元的高效「脈衝」（spiking）運作模式。

現代量子電腦需要極其複雜的電子系統來控制「量子位元」（qubits）。由於量子位元極易受干擾，必須保存在接近絕對零度的極低溫環境中。然而，現有的矽基控制器功耗極高且容易發熱，迫使科學家只能將其安置在遠離量子位元的地方。這導致系統內部需要連接海量的排線，形成「線路瓶頸」，嚴重限制了量子電腦的規模和性能。

張教授表示：「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。」

研究人員發現，當碳化矽MOSFET被冷卻至2 K以下時，在電子-施主碰撞電離（EDII）的推動下，會展現出顯著的「S形」負微分電阻（NDR）行為 。與以往依賴熱量運作的技術不同，這種物理機制源自材料本身的原子結構，因此即使在不同批次的晶片生產中，也能展現出極高的穩定性與一致性。

「這是一種穩健且可擴展的方法，」楊博士生指出 ， 「由於碳化矽已被全球廣泛應用於電動車和電網中，我們可以利用現有的工業代工廠，在300毫米晶圓上製造這些低溫晶片」 。

該研究證明，這些神經元可以被「級聯」並構建出更龐大的網絡，為在極低溫環境下進行複雜的本地數據處理奠定基礎。該技術預料將顯著提升量子糾錯與實時量子控制的效率。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。

這項發現已發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上，文章標題為「基於碳化矽中柵控負微分電阻的低溫神經形態電路」（Cryogenic neuromorphic circuits using gate-controlled negative differential resistance in silicon carbide） 。

論文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70963-6

關於張宇昊教授
張宇昊教授現為香港大學（港大）電機與計算機工程系教授，並兼任香港大學先進半導體與集成電路中心副主任。在加入港大之前，他曾任弗吉尼亞理工大學 Shirish S. Sathaye 冠名副教授，並在美國最大的電力電子學術研究中心主持功率半導體研究工作。他分別於 2017 年和 2013 年在麻省理工學院（MIT）獲得電機工程博士及碩士學位。他已發表 200 多篇論文、2 篇專著章節，並擁有 9 項已獲批的美國專利。他是 10 多篇高亮/專題/獲獎論文的共同作者。其研究成果被引用超過 13,000 次，h 指數達 60，並被《自然·電子學》（Nature Electronics）、《今日半導體》（Semiconductor Today）、《化合物半導體》（Compound Semiconductors）、《電子工程專輯》（EE Times）等媒體廣泛報導逾 100 次。

他目前擔任國際電氣電子工程師學會電子器件學會（IEEE EDS）功率器件及集成電路技術委員會主席、《IEEE 電子器件快報》（IEEE Electron Device Letters）副主編、《IEEE 電力電子學報》（IEEE Transactions on Power Electronics）副主編，以及多個國際學術會議（如 IEDM、APEC、WiPDA）的技術程序委員會（TPC）委員。他曾榮獲麻省理工學院微系統技術實驗室優秀博士論文獎、兩項 IEEE George Smith 獎（《IEEE 電子器件快報》年度最佳論文獎）、四項 IEEE 國際電子器件會議（IEDM）技術高亮獎、IEEE William M. Portnoy 論文一等獎、美國國家科學基金會早期職業生涯發展獎（NSF CAREER Award）、弗吉尼亞理工大學傑出教職員獎（Faculty Fellow Award）、美國海軍研究辦公室青年科學家獎（ONR YIP）、化合物半導體週青年科學家獎，以及何享健青年科學家獎。

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