寻求高效能核算与高速电子器材的路途上，一直受制于一个底子的物理约束：热耗散。在传统的半导体中，二极管（答应电流单向经过，阻断反向电流的器材）是现代逻辑电路的柱石。但是，半导体本质上具有电阻，这不可避免地导致了能量损耗。近期由薛其坤院士、张定教授团队宣布在《天然物理学》的关于《Quantum superconducting diode effect with perfect efficiency above liquid-nitrogen temperature》的研讨，标志着凝聚态物理范畴的重大打破，为无损、高速量子电子学铺平了路途。
在传统的超导体中，库珀对（超导电流）的活动是对称的：在正向（+Ic）和反向（-Ic）打破超导状况所需的临界电流是完全相同的。要完成超导二极管效应 (SDE)，有必要打破两个根本的对称性：
当这些对称性被打破时，体系表现出非互易传输特性，即+Ic ≠-Ic。假如这种差异足够大，在特定电流下，器材在一个方向上表现为零电阻超导态，而在另一个方向上则表现为有电阻的耗散态。
历史上，超导二极管效应一般只能在毫开尔文或极低开尔文温度（挨近肯定零度）下观察到，这需求贵重且巨大的液氦冷却体系。该项研讨使用高温超导体 (HTS) 改变了这一范式。
研讨团队使用了Bi₂Sr₂CaCu₂O₈+δ}（简称 Bi2212），这是一种具有高改变温度的铜氧化物超导体。经过将两层原子级薄的 Bi2212 晶体以特定视点堆叠并改变，他们构建了一个改变约瑟夫森结。
这种改变界面至关重要，因为它天然地打破了空间反演对称性，并答应两层超导层之间d波序参量的杂乱干与。
“完美功率”（η = 100%）是指二极管效应达到了肯定状况。在以往的研讨中，功率界说为：
而该打破中的“量子”特性源于与微波辐射的相互作用。当结区暴露在微波频率下时，它会表现出夏皮罗步阶 (Shapiro steps)——即量子化的电压渠道。
因为这种改变受量子力学相位确定（沟通约瑟夫森效应）操控，二极管的行为是“数字化”且高度安稳的，使其在超越 77 K 的温度下完成了线. 技术创新：无磁场运转
实践使用超导电路的一个首要妨碍是需求外部磁场，磁场难以部分化且会搅扰其他组件。这项作业突出了一种无磁场机制。
经过一种称为“电流练习”（Current Training）的进程（即向器材通入特定的直流电流脉冲），内部磁通或超导相位的散布被重新排列。这使得器材可以“记住”其非互易特性，无需继续的外加磁场即可运转，极大提升了其集成到微芯片中的可行性。
完成在液氮温区（77 K）运转是工业使用的“圣杯”。液氮比液氦廉价得多，处理更安全，且已在医疗、航空航天等范畴大范围的使用。潜在使用：
在高温下完成 100% 功率的量子超导二极管不仅是一个实验室奇观，更是下一代电子学的蓝图。经过将改变高温超导界面的拓扑特性与量子微波动力学相结合，研讨人员为未来完结电子设备“发热”难题供给了一种或许的方案。
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