世上最冷的存儲器晶片 | Nature Electronics
在超導單磁通量子電子學和量子計算中，低溫資料存儲技術Cryogenic data storage technology發揮着廣泛的應用。然而，可在4K（或更低）溫度下工作的相容低溫存儲技術依然不足，進而阻礙了實用和可擴充系統的發展。
近日，美國 田納西大學(The University of Tennessee）Shamiul Alam，Ahmedullah Aziz等，在Nature Electronics上發表綜述文章，研究了低溫存儲技術的發展。
探索了存儲技術的三大領域：低溫非超導存儲器（包括基于電荷和電阻的存儲器）、超導存儲器（包括基于約瑟夫森結、超導量子幹涉器件和超導憶阻器的存儲器）和混合存儲器（同時使用超導和非超導技術）。
與此同時，還考慮了将這些存儲器與單通量量子電路和量子計算機內建所涉及的關鍵挑戰。在超導電子學和量子計算的需求背景下，還比較了不同技術的應用潛力。
圖1 低溫存儲器技術的優勢和分類。
圖2：非超導電荷基存儲器的低溫特性。
圖3：基于電阻的非超導存儲器。
圖4：超導約瑟夫森結Josephson junctions，JJ存儲器。
圖5：鐵磁約瑟夫森結magnetic Josephson junctions，MJJ、超導憶阻器superconducting memristor（ScM）和基于鐵電體的超導量子幹涉裝置superconducting quantum interference device，SQUID的超導存儲器。
圖6：半導體-超導體的混合存儲器。
展望未來
量子計算機和超導單通量量子single-flux quantum，SFQ電路系統，可以解決經典計算機和互補金屬氧化物半導體complementary metal–oxide–semiconductor，CMOS電子學的限制和挑戰。目前，相容的低溫存儲系統依然缺乏，進而限制了它們的利基應用。低溫的非超導存儲器提供了大容量，但存在與單通量量子SFQ控制處理器相容的速度和功率問題。與此同時，基于約瑟夫森結JJ的新興存儲器與控制處理器和單通量量子SFQ電路相容，但由于其較大的尺寸和電感耦合的要求，缺乏可擴充性。混合存儲器可以結合超導和非超導技術的優點。然而，設計合适的接口電路，仍然是挑戰之一。此外，對于可靠的超導和混合存儲器，工作溫度必須保持遠低于超導的臨界溫度材料。工作溫度的波動，如何影響超導和混合存儲系統的可靠性。也尚未得以探索。是以，基于新材料，器件與架構系統，低溫存儲技術的發展依然需要更廣泛的未來研究。
