文/尤立星 李 洁

未来的信息技术对极高灵敏度探测技术和高速、低功耗信息处理技术提出了越来越高的要求，因此半导体技术已经无法满足未来信息科技发展的需求。超导电子器件与电路在灵敏度、速度和功耗方面存在独特优势，2017年，由国际半导体技术路线图（ITRS）发展而来的国际器件与系统路线图（IRDS）已将超导电子学作为新兴应用技术的研究领域之一。

新兴技术领域的超导电子学

超导是材料在特定温度以下突然进入无电阻状态的一种奇特物理现象，最早由荷兰科学家Onnes于1911年在金属汞（Hg）中发现。超导电子学的核心理论是1962年英国科学家约瑟夫逊提出的约瑟夫逊效应。近百年以来，先后有11位科学家共6次因其在超导相关领域的杰出成就获得诺贝尔物理学奖。百年超导研究已经取得了很多重要的进展，先后发现了逾千种超导材料；对超导效应的认识也经历了从零电阻、抗磁性到磁通量子化和约瑟夫逊量子效应的不同阶段。而基于超导特性、约瑟夫逊量子效应、磁通量子化效应等微观理论发展起来的超导电子学是超导应用研究的主要内容之一，并在应用方面已经取得多项突破性进展。

超导数字电路是超导电子学的重要研究领域之一，也是集成电路技术的重要分支，超导单磁通量子电路SFQ（Single Flux Quantum）是基于约瑟夫逊效应和磁通量子化效应的低温超导集成电路。它使用皮秒级脉冲实现经典逻辑位，是对半导体集成电路在器件层面上的颠覆，具有极低位操作功耗（10J～19J，CMOS器件典型值为10J～14J）和极高速度（最高达100GHz，CMOS器件典型值为3GHz）特点。……