复旦量子闪存技术登Science。 本文图均为 复旦大学 供图

北京时间7月17日凌晨，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室集成电路与微纳电子创新学院周鹏-刘春森研究团队在《科学》（Science）发表重磅成果，他们发明的“量子闪存”（Quantum Flash）技术，成功构建出共面的漏极-沟道-源极“归壹”结构，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，这不仅彻底打破了“单电子存储”无法实现的传统认知，开创了单电子量子存储的全新理论体系，更为AI时代算力革命奠定关键理论基础。

如果将人工智能比作一辆高速行驶的赛车，存储芯片就是它的“油箱”和“引擎”——既要在极短时间内供给算力所需数据（高速、低功耗），又必须让数据在断电后不丢失且能海量存储（大容量、非易失）。提升AI算力上限，必须突破传统存储器的速度与功耗极限。

“破晓（PoX）”皮秒闪存器件，其擦写速度可提升至亚1纳秒（400皮秒），是迄今为止世界上最快的半导体电荷存储技术。

去年4月，周鹏-刘春森团队于《自然》（Nature）期刊提出“破晓（PoX）”器件，实现了世界最快400皮秒超高速非易失存储，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。

当人类最快的电子存储速度被“破晓”突破，存储器的密度极限又在哪里？团队将目光投向了电荷存储的理论极限——电子。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，这也被称作“单电子存储”。然而，由于其深涉基本粒子的量子行为，科学界一度将其视为“理论上可行、实验中无法观测”的空中楼阁。

如果把存储器件看作一个“蓄水池”，电子就是池中的“一滴水”。根据海森堡不确定性原理，当电子被限制在越小的空间，其能量波动就越大，量子效应就越显著。上世纪末，科学家试图观测单电子存储时，就像试图感知“一滴水”在巨大水库中的波动。结果显示，单个电子仅贡献了数十毫伏的电压变化，且状态在不到5秒内消失。

漏极-沟道-源极“归壹”结构

面对困境，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，利用二维半导体原子级厚度的天然“囚禁”优势，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。

实验显示，仅需注入单个电子，存储窗口便可达0.5伏特，数据在室温（27℃）下依然保持稳定。相较于1997年《科学》（Science）杂志报道的55 mV且仅能维持5秒的硅基单电子存储，这项工作将室温下的单电子量子态信号放大了近一个数量级，并具备了真正的非易失性。

该研究将电荷存储的信息密度提升至理论极限，实现了“一电子一比特”，也为面向人工通用智能（AGI）需求的高密度存储器研发提供了新的技术基础。

人工智能的竞争，本质上是算力效率的竞争；而算力效率的瓶颈往往不在算力本身，而在数据搬运的速度与能耗。

二维闪存的战略价值，不仅在于单一技术指标的突破，更在于它为AI算力系统提供了一种“存储即计算”的全新可能——数据就地存放、近乎零延迟调用、断电不丢失。这将从根本上改变现有AI芯片“高速缓存+慢速硬盘”的分层架构逻辑，极大降低数据迁移带来的算力损耗与能源浪费，为中国AI产业构筑底层能效壁垒。

此次突破意味着，未来，手机、电脑、服务器有望搭载超高速、超大容量、断电不丢数据的存储芯片，支持本地运行更大参数AI模型，且功耗更低。随着存储性能提升，手机或AI助手的响应更快、上下文记忆更长，无需反复解释历史对话，能像真正智能体一样记住许久前的交流。当存储速度匹配计算速度，算力将不再被存储“拖后腿”。

目前，团队已系统性地打通了从底层材料、器件创新到高端芯片集成与应用的全链条：“破晓”实现存取速度突破，“归壹”解决密度极限，“长缨”完成了与现有CMOS硅工艺兼容的原型芯片验证。

接下来，他们即将加快产业化进程，计划在1到3年内实现产品落地——成立公司对接人工智能头部客户，引入战略合作伙伴，借助社会力量和政府支持，把原始创新转化为新质生产力。

复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室、集成电路与微纳电子创新学院准聘副教授刘春森和教授周鹏为论文通讯作者，刘春森和博士生向昱桐为论文第一作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金人才项目、上海市基础研究特区计划等项目的资助，以及教育部创新平台的支持。