北京
近日，復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室集成電路與微納電子創新學院周鵬-劉春森研究團隊在《科學》（Science）發表重磅成果。
他們發明的“量子閃存”（Quantum Flash）技術，成功構建出共面的漏極-溝道-源極“歸壹”結構，首次在室溫（27℃）環境下清晰觀測到了單電子的非易失性存儲行為。
這不僅徹底打破了“單電子存儲”無法實現的傳統認知，開創了單電子量子存儲的全新理論體系，更為 AI 時代算力革命奠定關鍵理論基礎。
▲ 與硅工藝兼容的“歸壹”單電子存儲器件
作為不可分割的基本粒子，電子在理論上是構筑最小數據單元的終極載體，這也被稱作“單電子存儲”。然而，由于其深涉基本粒子的量子行為，科學界一度將其視為“理論上可行、實驗中無法觀測”的空中樓閣。
面對困境，團隊從量子力學基本原理出發，重新審視單個電子操控的邊界，利用二維半導體原子級厚度的天然“囚禁”優勢，獨創性地提出了自對準平面裁剪方案，成功構建出共面的漏極-溝道-源極“歸壹”結構。
實驗顯示，僅需注入單個電子，存儲窗口便可達 0.5 伏特，數據在室溫（27℃）下依然保持穩定。相較于 1997 年《科學》（Science）雜志報道的 55 mV 且僅能維持 5 秒的硅基單電子存儲，這項工作將室溫下的單電子量子態信號放大了近一個數量級，并具備了真正的非易失性。
該研究將電荷存儲的信息密度提升至理論極限，實現了“一電子一比特”，也為面向人工通用智能（AGI）需求的高密度存儲器研發提供了新的技術基礎。
該器件實現了“一個電子對應一比特”，已達到量子理論極限。下一步，團隊將著力推進該器件的工程化與大規模芯片集成，推動基礎研究走向產業應用。
復旦大學表示，此次突破意味著，未來手機、電腦、服務器有望搭載超高速、超大容量、斷電不丟數據的存儲芯片，支持本地運行更大參數 AI 模型，且功耗更低。隨著存儲性能提升，手機或 AI 助手的響應更快、上下文記憶更長，無需反復解釋歷史對話，能像真正智能體一樣記住許久前的交流。當存儲速度匹配計算速度，算力將不再被存儲“拖后腿”。
目前，團隊已系統性地打通了從底層材料、器件創新到高端芯片集成與應用的全鏈條：“破曉”實現存取速度突破，“歸壹”解決密度極限，“長纓”完成了與現有 CMOS 硅工藝兼容的原型芯片驗證。
接下來，他們即將加快產業化進程，計劃在 1 到 3 年內實現產品落地 —— 成立公司對接人工智能頭部客戶，引入戰略合作伙伴，借助社會力量和政府支持，把原始創新轉化為新質生產力。
目前，團隊在二維存儲與 8 英寸及 12 英寸 CMOS 晶圓異質集成制造領域已具備成熟工藝基礎，得益于二維半導體的異質集成工藝復雜度遠低于體硅晶體的摻雜、隔離等方案，未來的存儲芯片有望在成本上與主流產品持平甚至更具優勢。
來源：IT之家
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