量子コンピューティングと深宇宙探査を促進する世界初の「脳のような」チップを開発 (HKU Engineering develops world-first "brain-like" chip to advance quantum computing and deep-space exploration)

2026-06-07 中華人民共和国・香港大学 (HKU)

香港大学(HKU)の研究チームは、極低温環境で動作する「脳型」ニューロモルフィック回路を、産業利用されているシリコンカーバイド(SiC)MOSFETを用いて開発した。SiC MOSFETを2K未満まで冷却すると、電子ドナー衝突電離(EDII)に由来する負性微分抵抗(NDR)が現れることを発見し、10mKという絶対零度に近い温度でも、単一トランジスタで生物の神経細胞に似たスパイク発火動作を実現した。従来、量子コンピューターでは量子ビットをミリケルビン温度に保つ一方、制御電子回路が発する熱や消費電力がスケーリングの障壁となっていた。今回の回路は量子プロセッサの近傍で動作でき、従来方式より大幅な低消費電力化が期待される。さらにニューロン回路を連結できることも実証し、量子誤り訂正やリアルタイム量子制御、深宇宙・月面など極低温環境での電子機器への応用が期待される。

量子コンピューティングと深宇宙探査を促進する世界初の「脳のような」チップを開発    (HKU Engineering develops world-first "brain-like" chip to advance quantum computing and deep-space exploration)

<関連情報>

炭化ケイ素におけるゲート制御負性微分抵抗を用いた極低温ニューロモルフィック回路 Cryogenic neuromorphic circuits using gate-controlled negative differential resistance in silicon carbide

Xin Yang  (杨鑫),Matthew Porter,Yuan Qin  (覃愿),Zineng Yang  (杨字能),Hehe Gong  (巩贺贺),Liyang Jin  (金俪阳),Zichen Xi  (席子琛),Han Wang  (汪涵),Liyan Zhu  (竹立岩),Yuhao Zhang  (张宇昊) & Linbo Shao  (邵林博)
Nature Communications  Published:23 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-70963-6

Abstract

Cryogenic electronic circuits are crucial for interfacing and controlling scalable quantum computing platforms at millikelvin temperatures, yet face stringent thermal constraints demanding ultra-low power operation. Neuromorphic circuits, emulating the spiking behavior of biological neurons, offer solution for achieving energy-efficient electronics under these conditions. Here, we report the gate-controlled negative differential resistance (NDR) in silicon carbide (SiC) metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). This NDR effect, arising from electron-donor impact ionization (EDII) in SiC MOSFET, achieves on/off current ratio over 107. Meanwhile, the behavior of NDR can be fully controlled by the gate voltage of the MOSFET. Leveraging this gate-controlled NDR, we demonstrate programmable cryogenic spiking neuromorphic circuits, including sensory, logic, and integrate-and-fire neurons, with functionality tuned by gate or drain voltages. The established manufacturability of SiC technology highlights the potential of this approach for scalable integration in cryogenic systems for sensing, computing, and quantum information.

0403電子応用
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