1.中国科大实现高速率实用化量子密钥分发；

2.北航集成电路科学与工程学院于《Nature Communications》发表重要研究成果：皮秒尺度全电学垂直磁矩翻转；

3.清华大学与精智达再携手：共建人工智能赋能先进存储测试系统联合研究中心；

1.中国科大实现高速率实用化量子密钥分发；

我校郭光灿院士团队在实用化量子密钥分发研究方面取得重要进展。该团队韩正甫、陈巍、银振强、王双等与哈尔滨工业大学李琼团队合作，突破了量子态制备和单光子探测技术在高速、高信噪比和集成度的相互制约难题，首次利用半导体单光子探测器，实现了超越超导探测系统的安全密钥率纪录，验证了实现高性能实用化量子密钥分发设备的重要技术路径。研究成果以“High-rate quantum key distribution with compact state preparation and detection”为题，4月30日在线发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）上。

图1 高速率实用化量子密钥分发示意图

量子密钥分发通过将密钥编码在量子态中实现安全共享，是一种具备信息论安全的保密通信手段。实现高密钥率并兼顾实际部署能力，是其走向应用的关键。近年来，在高性能超导探测系统的支持下，量子密钥分发的安全密钥率显著提升。随着应用需求的增加，系统复杂度和部署条件也成为需要考虑的重要因素。《自然》杂志近期指出：“面向真实世界应用的实用化量子密钥分发通常依赖昂贵且高度复杂的定制化实验室设备，这对大多数现代协议而言尤其具有挑战性”（Developments towards real-world, practical quantum key distribution typically require expensive, highly sophisticated, bespoke laboratory equipment, which is particularly challenging for most modern protocols, Nature 640, 911–917 (2025)）。因此，在保持高密钥率的同时减少对极低温超导系统的依赖并降低系统复杂度，成为推动量子密钥分发进一步发展的关键问题。

韩正甫课题组多年来围绕这一问题展开深入研究，分别提出了多路径马赫-曾德尔量子态制备方法（npj Quant. Inf. 7, 75 (2021)）、单光子探测器建模优化方法（Phys. Rev. Appl. 13, 054027 (2020)、Phys. Rev. A 106, 062607(2022)）并研制了2.5GHz高速半导体探测器（Adv. Devices Instrum. 4, 0020 (2023)）。这些工作为高速率实用化量子密钥分发研究奠定良好的基础。

图2 高速率实用化量子密钥分发系统框图

在本研究中，研究团队构建了一种兼具高性能与可部署性的量子密钥分发系统。在量子态制备方面，团队提出了基于偏振旋转双平行马赫-曾德尔结构的集成化量子态制备方案，实现了诱骗态和编码维度的一体化高速调制。在单光子探测方面，发展了雪崩光电二极管单光子探测技术，提出微弱雪崩信号提取方法，在保持高效率和低死时间的同时有效抑制噪声。在此基础上，系统在无需低温制冷等复杂条件下实现稳定运行，并在10公里和100公里光纤链路上分别实现了60.33 Mbps和3.08 Mbps的安全密钥率纪录，达到了国际领先水平，为高带宽需求下的量子通信规模化部署奠定基础。

我校特任副研究员范元冠杰、博士生谢蔚鑫为论文共同第一作者，王双教授为该论文通讯作者。研究工作得到了来自科技部、国家自然科学基金委等多个项目的支持。

2.北航集成电路科学与工程学院于《Nature Communications》发表重要研究成果：皮秒尺度全电学垂直磁矩翻转；

近日，北京航空航天大学集成电路科学与工程学院赵巍胜教授、张悦教授团队在超快自旋电子器件领域取得突破性进展。团队基于CoTb/Ti/CoFeB/MgO多层膜结构，利用亚铁磁材料CoTb中稀土元素Tb带来的强自旋轨道耦合效应，实现皮秒尺度的全电学垂直磁矩翻转，最短写入脉宽达16ps，单比特功耗低至41fJ，刷新当前国际同类器件的最优纪录，推动自旋电子器件迈向太赫兹（THz）超快工作频段。相关研究成果以“Picosecond all-electrical perpendicular magnetization switching”为题，发表于国际顶级综合期刊《自然通讯》（Nature Communications）。

基于自旋轨道矩（SOT）写入的自旋电子器件具备非易失、高速、低功耗等突出优势，是后摩尔时代支撑存算一体架构的重要技术。尽管已有研究实现了皮秒尺度SOT驱动的垂直磁矩翻转，但均需依赖强外磁场才能完成确定性写入，因此无外磁场条件下实现垂直磁矩的皮秒尺度全电学翻转，仍是领域内亟待突破的核心难题。目前，传统无场SOT器件的磁矩翻转速度仅停留在纳秒量级，工作频率局限于吉赫兹（GHz）频段，且功耗偏高，难以满足下一代芯片在速度与功耗层面的严苛要求。

图1 在CoTb/Ti/CoFeB/MgO结构中实现SOT驱动垂直磁矩的无场翻转

针对这一核心难题，团队设计并制备CoTb/Ti/CoFeB/MgO多层膜结构（图1）。通过工艺调控，使自旋源CoTb层获得稳定的面内磁各向异性，从而同时产生面内与面外自旋流，打破传统SOT器件的对称性限制，实现无外磁场辅助的垂直磁矩翻转。亚铁磁材料具有反铁磁耦合的双亚晶格结构，兼具低饱和磁化强度与高矫顽场，能有效抑制杂散场干扰、提升磁矩热稳定性，进而显著提升器件集成度。同时，Tb元素带来的强自旋轨道耦合效应，可显著提升电荷–自旋转换效率，有效降低器件临界翻转电流。通过组分调控，团队将自旋极化角η稳定在55°，接近理论最优值，为器件实现超快、低功耗的无场相干翻转奠定了关键基础。

图2 皮秒SOT驱动垂直磁矩无场翻转

团队进一步搭建基于光电导开关的皮秒电脉冲测试平台（图2）。该平台以两套独立皮秒脉冲源为核心，脉冲源采用低温GaAs衬底制备，可通过调控激光功率精确调节皮秒脉冲宽度，并结合偏置电压调控脉冲幅值。依托该平台，团队在基于亚铁磁CoTb的器件中成功实现16ps超短脉冲驱动下的垂直磁矩无场翻转；作为对比，以铁磁Co为自旋源的器件最短翻转脉宽仅为36ps。在全脉宽范围内，基于CoTb的器件始终具备更低的临界翻转电流，最优翻转能耗低至41fJ/bit，较传统铁磁器件降低一个数量级。与国际已报道成果相比，本工作同时实现了最短写入脉宽与最低功耗的双重突破（图3）。

图3 皮秒SOT无场翻转磁矩的能效分析

为进一步阐明皮秒尺度SOT无场翻转磁矩的内在机理，团队结合微磁学模拟与理论建模开展深入研究（图4）。结果表明，本研究工作获得的自旋极化角η=55°，能够在皮秒尺度下实现磁矩稳定高效的相干翻转。通过对比不同自旋极化角下的磁矩动力学行为，团队明确了面内与面外自旋流对翻转模式的关键影响，并证实提升自旋霍尔角可在全脉宽范围内有效降低翻转能耗，与实验结果高度一致。理论建模表明，皮秒尺度下的最优自旋极化角为45°，可同时实现超高速与超低功耗的磁矩翻转，为高性能SOT自旋电子器件的优化设计提供了重要理论支撑。

图4 皮秒SOT无场翻转磁矩的微磁学模拟

该研究工作利用亚铁磁CoTb的独特物性优势，首次实现皮秒尺度、全电学、超低功耗的垂直磁矩翻转，一举突破传统SOT器件对外场依赖、功耗偏高、速度受限等三大瓶颈。该成果不仅有效提升自旋电子器件的工作频率，推动器件性能向THz频段拓展，同时兼具高密度、可晶圆级制备及与CMOS工艺兼容等优势，为新一代超低功耗、超快自旋电子器件的发展提供关键技术支撑。

Science & Technology

北航集成电路科学与工程学院2022级博士生何宇、2021级博士生肖晨、2026届博士毕业生林克廉、张昆副教授、张博宇副教授和郑臻益副教授为共同第一作者，张悦教授、赵巍胜教授为共同通讯作者，北京航空航天大学为第一完成单位。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的支撑。

3.清华大学与精智达再携手：共建人工智能赋能先进存储测试系统联合研究中心；

据精智达官微5月3日消息，4月26日，“清华-精智达人工智能赋能先进存储测试系统联合研究中心”揭牌仪式在清华大学举行。

此次揭牌是双方继2023年-2026年前期合作后，紧扣AI时代先进存储产业爆发机遇，正式开启的新一期战略合作。前期合作中，清华大学集成电路学院与精智达团队围绕存储测试核心技术并肩攻关，在算法逻辑向量生成（ALPG）、MEMS探针卡等关键领域取得突破性进展，填补了国内相关技术空白，也为双方本期深化合作奠定了坚实的技术与互信基础。

在本期合作中，双方将充分发挥清华大学集成电路学院的学术与人才优势，结合精智达的工程化与产业化能力，承载技术引领、产业落地、人才共育三重核心使命，共同构建面向下一代先进存储的智能测试设备体系。双方将打通从基础研究、技术攻关到产业应用的全链条，力争在核心技术上取得原创性突破，让学术成果快速转化为可量产、可推广的测试设备，服务国产存储产业链的安全与效能提升。

清华大学副校长吴华强在致辞中表示：“2023年4月，清华大学集成电路学院与精智达成立新一代存储器测试系统联合研究中心，在算法逻辑向量生成（ALPG）等关键技术上实现从理论算法、芯片架构到整机集成的完全国产化突破。进入‘十五五’时期，集成电路产业将进入‘实现创新引领’的下半场，围绕人工智能赋能先进存储测试系统成立联合研究中心，是双方具有创新性、前瞻性和战略性的合作举措，有望推动我国先进存储测试技术达到新高度。希望双方在新一轮合作中紧密协同，为我国存储测试领域从‘自主可控’迈向‘全球领先’作出更大贡献。”

精智达董事长张滨表示：“当前，人工智能正深刻改变世界，而AI的底层根基，正是半导体存储器的性能与可靠性。从HBM到下一代存储架构，先进存储芯片的迭代周期不断缩短，对测试的智能化、精准化和全链条化提出了前所未有的严苛要求。然而，存储测试设备市场长期被外部巨头垄断，我国在这一领域仍面临诸多‘卡脖子’瓶颈，这正是我们这一代半导体人必须啃下的硬骨头。围绕这一目标，联合研究中心承载着三重使命：技术引领实现存储测试前沿技术原创突破，产业落地服务国产存储产业链安全与效能提升，人才共育打造先进存储测试领域的创新策源地、人才蓄水池。此次与清华再度携手，精智达将投入最优质的资源、组建最精锐的团队，与清华师生紧密协作，力争早日产出标志性成果。”