告别光刻！中科大团队实现量子芯片“内部布线”，发表极低温直写技术

摘要：量子计算机、超导芯片等前沿科技，都需要在接近-273°C的极低温下运行。但问题是，这些芯片的控制和读写，目前大多依赖室温下的电子设备——就像你在北极露营，却要靠赤道的遥控器来操控帐篷里的灯。

量子计算机、超导芯片等前沿科技，都需要在接近-273°C的极低温下运行。但问题是，这些芯片的控制和读写，目前大多依赖室温下的电子设备——就像你在北极露营，却要靠赤道的遥控器来操控帐篷里的灯。

这种“跨温区”的信号传输，不仅效率低、延迟高，还会带来噪声和热量，严重制约了量子计算机的规模和稳定性。这就是所谓的 “布线瓶颈”。

如果在这种接近绝对零度的极寒环境中，像在黑板上用粉笔写字一样，直接用光“画出”电子电路，还能用电场“擦掉”重写——这不再是科幻片情节，而是刚刚发表在顶级期刊上的论文。

中国科学技术大学与荷兰特温特大学组成的联合研究团队，在低温电子器件领域取得重大突破。他们开发了一种全新的技术，利用“光笔”写入、“电橡皮”擦除的方式，在极低温环境下原位、可逆、无需光刻胶地直接绘制逻辑电路。该项重磅研究成果9月29日在线发表在《自然通讯》上。论文题为Cryogenic in situ fabrication of reversible direct write logic circuits and devices（低温原位制备可逆直写逻辑电路与器件），通讯作者为中国科学技术大学核科学与技术学院同步辐射国家重点实验室的廖昭亮。

研究团队选择了一种特殊的材料系统：LaAlO₃/SrTiO₃氧化物界面。这个界面在极低温下会自然形成一层被称为“关联二维电子气”的导电通道，就像一块“导电画布”。

他们通过两种方式在这块“画布”上作画：

1.电场开关：通过在衬底施加脉冲电压，可以像开关一样控制导电通道的“通”与“断”，制备出高性能的低温场效应晶体管。

2.光笔写入：用紫外或红外激光照射已被“关闭”的区域，可以局部恢复其导电性，就像用“光笔”画出导线。画错了？没关系，再加一个电压脉冲就能“擦掉”重来。

LaAlO₃/SrTiO₃氧化物界面降低“关联二维电子气”效应的载流子浓度

这项技术有多强？

开关比超高：接近 10⁹，意味着“开”和“关”状态电流差异极大，信号清晰。

电压超低：最低工作电压仅 0.5 mV，功耗极低。

无需光刻胶：摆脱传统光刻工艺，实现“绿色制造”。

可重复擦写：像黑板一样，写写擦擦，重复使用。

未来能用在哪儿？

这项技术为超导量子计算、低温集成电路、可重构芯片等领域提供了全新的器件构建思路。未来，我们或许能在量子处理器内部直接“绘制”控制电路，大幅减少与外界的连线，让量子计算机更紧凑、更稳定、更高效。在冰冻的画布上用光作画，用电擦除——它不仅是技术的突破，更是对极端环境下信息处理方式的一次浪漫想象。