作为算力的底层基石，存储芯片所带来的数据交互延时与功耗问题，是制约算力提升的根本瓶颈。破解算力困局，呼唤存储技术的颠覆性突破。复旦大学周鹏-刘春森团队从量子力学基本原理出发，重新审视单个电子操控的边界，发明了“量子闪存”（Quantum Flash）技术。

相关成果于北京时间7月17日发表于《科学》（Science）主刊。Science对此给予了高度评价：“前景广阔、潜在高影响力，在存储物理学和纳米器件工程领域备受关注”；“引入新理论机制（态密度剪刀），使得量子态的工程化操控成为可能”。

二维共平面漏极-沟道-源极“归壹”结构

此前，周鹏-刘春森团队通过对麦克斯韦第一方程的深入认知与阐释，研制出世界最快400皮秒“破晓（PoX）”器件，解决了自1967年浮栅晶体管发明后高速与非易失无法兼得的基础性难题；并融入CMOS工艺研发出“长缨（CY-01）”混合架构全功能闪存芯片，被Nature评价为“原创性突破”，入选了2025年度“中国科学十大进展”。

“破晓”是黎明初现，“长缨”是执剑在手。当人类最快的电子存储速度被“破晓”开启后，那它的密度极限又在哪里？作为不可分割的基本粒子，电子在理论上是构筑最小数据单元的终极载体——单电子存储。然而，由于其深涉基本粒子的量子行为，长期以来被科学界视为“理论上可行、实验中无法观测”的空中楼阁，其实际应用更是曾被认为遥不可及。

世界上最大室温非易失量子存储窗口0.5V

如果把存储电荷的器件看成一个“大水库”，在以往的技术中，需要把水库蓄满才知道里面是否有水，但水库同时还在不断漏水。现在，周鹏-刘春森团队通过改变“水库”结构，用“一滴水”即可“无泄漏”地感知世界。这是因为当电荷存储器件的尺度逼近物理极限时，微观世界的量子效应将急剧放大。此时，仅仅存储“一个”电子，就足以让器件的状态发生显著改变。

根据海森堡测不准原理，当电子被限制在极小空间内，其能量不确定性显著增强，从而放大量子效应的可观测性。抓住这一物理特性，团队巧妙利用二维半导体原子级厚度的天然“囚禁”优势，并独创性地提出了自对准平面裁剪方案，成功构建出共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构。团队首次在室温（27℃）环境下，清晰观测到了单电子的非易失性存储行为。这种宏观可观测的量子化行为在科学界一直被默认只能在极低温环境下出现。例如，2025年斩获诺贝尔物理学奖的“电路中宏观量子隧穿与能级量子化”研究，其关键实验是在接近绝对零度的极低温（约-272℃）下完成。更重要的是，团队不仅实现了量子态的室温观测，更成功打造出具有全球最大非易失量子存储窗口的器件——仅需注入单个电子，存储窗口便可达0.5伏特，跨过了商业化应用的门槛，并达到了“一电子、一比特”电荷信息存储的最高顶峰。这是能真正满足人工通用智能（AGI）需求的存储器。

团队不但实现在量子存储窗口上的跨越，而且在基础上颠覆性创新，独创性地提出了“态密度剪刀”理论。基于这种全新的“剪刀机制”，团队在世界上首次揭示了一种前所未见的反常量子存储行为：在能量空间中用一把无形的“量子剪刀”将特定的量子态精准“裁剪”使其凭空消失。 这一成果不仅开创了单电子量子存储的全新理论体系，更为量子存储走向工程应用，拼上了至关重要的一块理论版图。

“基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。”团队携“破晓”之势，挽“长缨”在手，将量子闪存技术“归壹”，并通过复旦大学科创生态已迈步走上工程化道路。

此项研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、上海市基础研究特区计划等项目的资助，以及教育部集成攻关大平台的支持。

原标题：《一电子、一比特！复旦大学周鹏-刘春森团队实现单电子量子闪存“归壹”器件》