2026年10月15日——一项新研究展示了一种超导存储比特，其运行能耗接近物理学允许的最低值

计算机每次存储或擦除信息时都会消耗能量。单次操作消耗的能量很小，但这些操作每秒会发生数十亿次。几十年来，科学家一直想知道，存储器件在达到物理学定律设定的基本理论极限之前，究竟能把能耗降到多低。

如今，研究人员已经证明，可以做到令人惊讶地接近这一极限。

这项研究发表在Nature Communications上，展示了一种超导存储比特，其运行能耗仅约为兰道尔极限的五倍。兰道尔极限是擦除一比特信息所需的理论最低能量。

研究人员没有使用传统电子元件，而是将信息存储在超导涡旋中；超导涡旋是某些材料在冷却到极低温度时内部形成的一种微小磁涡旋。

研究团队将单个涡旋捕获在两个稳定位置之间。就像每台数字计算机使用的0和1一样，这两个位置代表一比特信息。

“我们的工作测量了运行基于超导涡旋的存储比特所需的能量，”与Nofar Fridman共同领导这项研究的希伯来大学研究人员Yonathan Anahory博士说，“我们发现它可以在约为兰道尔极限五倍的水平下运行，这使其非常接近物理学所允许的最低值。”为了直观理解这个数字，现代计算机执行同样操作通常需要的能量要高出100多万倍。

测量如此微小的能量并非易事。研究人员没有试图探测移动涡旋释放的微量热量所引起的温升，而是使用超灵敏SQUID-on-tip显微镜追踪其磁响应。

“涡旋是一种极其微小且脆弱的对象，因此测量其运动耗散的能量是一项重大的实验挑战，”Fridman说，“通过追踪其磁响应，我们得以将其能量成本与信息处理的基本极限进行比较。”

研究人员强调，该器件仍处于实验阶段。它仅在约4开尔文（零下269摄氏度）下工作，因此不适合日常计算机。

然而，量子计算机已经在类似的低温环境下运行。未来，这类器件可能提供一种节能方式，在这些系统内部存储经典信息。

尽管其他物理系统此前已接近兰道尔极限，但研究人员表示，这是首次展示使用单个超导涡旋实现如此低的能耗。

这项工作提供了原理验证，表明超导涡旋可以作为超低能耗存储元件。在该技术能够扩展为用于低温和量子计算的实际存储器件之前，还需要更多研究。