超导体是无电阻导电的材料，非常出色。它们提供了对量子现象的宏观印象，通常只能在原子水平上观察到这些现象。除了其物理特性外，超导体也是有用的。它们存在于医学成像，量子计算机和望远镜使用的相机中。

但是超导设备可能是挑剔的。通常，它们制造起来很昂贵，而且容易受到环境噪声的影响。得益于电气工程和计算机科学系的Karl Berggren小组的研究，这种情况可能会改变。

研究人员正在开发一种超导纳米线，它可以实现更高效的超导电子学。Berggren说，纳米线的潜在好处来自其简单性。“归根结底，这只是一条电线。”

Berggren将在本月的IEEE固态电路会议上介绍这项研究的摘要。

抵抗是徒劳的

大多数金属会在极低的温度（通常仅比绝对零值高出几度）时失去电阻并变得超导。它们用于感应磁场，特别是在高度敏感的情况下，例如监视大脑活动。它们在量子和经典计算中也都有应用。

许多超导体的下面是1960年代发明的一种称为约瑟夫森结的装置-实质上是两个由薄绝缘体隔开的超导体。伯格格伦说：“这就是导致传统超导电子，然后最终导致超导量子计算机的原因。”

然而，伯格森补充说，约瑟夫森路口“从根本上来说是一个微妙的对象”。这直接转化为成本和制造复杂性，尤其是对于后来的薄绝缘。基于约瑟夫森结的超导体也可能无法与其他人很好地兼容：“如果您尝试将其与常规电子设备（例如我们的电话或计算机中的电子设备）连接，则来自那些噪声会淹没约瑟夫森结。因此，这种缺乏能力当您尝试与外界互动时，控制大型对象是一个真正的劣势。”

为了克服这些缺点，Berggren正在开发一项新技术-超导纳米线-其根源于Josephson结本身。

低温冷冻机重启

1956年，麻省理工学院的电气工程师达德利·巴克（Dudley Buck）发表了一种称为超低温管的超导计算机开关的描述。该设备只不过是两根超导线：一根是笔直的，另一根是缠绕的。低温致冷剂充当开关，因为当电流流过线圈导线时，其磁场会减小流过直导线的电流。

当时，低温致动器比其他类型的计算开关（例如真空管或晶体管）小得多，巴克认为低温致动器可以成为计算机的构建块。但是在1959年，巴克突然去世，享年32岁，从而停止了低温恒温器的发展。（从那时起，晶体管已按比例缩小到微观尺寸，如今已构成计算机的核心逻辑组件。）

现在，伯格格伦正在重新激发巴克关于超导计算机开关的想法。他说：“我们正在制造的设备非常类似于冷冻机，因为它们不需要约瑟夫森结。” 他将他的超导纳米线装置称为“纳米低温冷冻机”，以向巴克致敬，尽管其工作原理与原始低温冷冻机有所不同。

纳米冷冻管利用热量而不是磁场来触发开关。在Berggren的设备中，电流流过称为“通道”的超导，过冷导线。该通道由一根更细的线（称为“扼流圈”）相交，就像一条多车道公路与一条小路相交。当电流通过扼流圈时，其超导性会分解并发热。一旦热量从扼流圈散布到主通道，它将导致主通道也失去其超导状态。

Berggren的小组已经证明了纳米冷冻机用作电子组件的概念证明。柏格伦大学的前学生亚当·麦考恩（Adam McCaughan）开发了一种使用纳米冷冻机添加二进制数字的设备。Berggren已经成功地使用了纳米冷冻管作为超导设备和传统的基于晶体管的电子设备之间的接口。

伯格格伦说，他的小组的超导纳米线有一天可以与基于约瑟夫逊结的超导设备互补，或者与之竞争。他说：“电线相对容易制造，因此在可制造性方面可能具有一些优势。”

他认为，纳米低温制冷剂有一天可以在超导量子计算机和望远镜的过冷电子设备中找到家。他说，电线的功耗很低，因此对于耗能大的应用也可能很方便。“它可能不会替换手机中的晶体管，但是如果它能替换服务器场或数据中心中的晶体管，那将是巨大的影响。”

除了特定的应用，Berggren还对超导纳米线的工作进行了广泛的研究。“我们在这里进行基础研究。尽管我们对应用程序感兴趣，但我们也感兴趣：进行计算的几种不同方式是什么？作为一个社会，我们确实专注于半导体和晶体管但是我们想知道那里还有什么。”