英特尔探索硅基量子处理器 通过独特方法超越竞

今天，《自然》（Nature）杂志发表了英特尔公司的研究论文《探测300毫米自旋量子位晶片上的单个电子》，展示了最先进的自旋量子位的均匀性、保真度和测量统计。这项业界领先的研究为硅基量子处理器的大规模生产和持续扩展打开了大门，而所有这些都是构建容错量子计算机的要求。

照片显示的是 300 毫米英特尔硅自旋量子位晶片。2024 年 5 月，《自然》（Nature）杂志发表了英特尔的研究论文《探测 300 毫米自旋量子位晶片上的单个电子》，展示了最先进的自旋量子位均匀性、保真度和测量统计。(图片来源：英特尔公司）

英特尔公司的量子硬件研究人员开发了一种 300 毫米的低温探测工艺，利用互补金属氧化物半导体（CMOS）制造技术，在整个晶片上收集有关自旋量子比特器件性能的大量数据。

量子比特器件产量的提高与高通量测试过程相结合，使研究人员能够获得更多的数据来分析均匀性，而均匀性是扩大量子计算机规模所需的重要步骤。研究人员还发现，来自这些晶片的单电子器件在作为自旋量子比特运行时表现良好，达到了 99.9% 的栅极保真度。这一保真度是全CMOS工业制造的量子比特所达到的最高水平。

英特尔公司量子硬件工程师 Otto Zietz 站在俄勒冈州希尔斯伯勒的量子低温冷冻机旁。这台低温冷冻机可以将 300 毫米的硅晶片降到 1.7 开尔文的超低温--仅比绝对零度高出一线。(图片来源：英特尔公司）

自旋量子比特的尺寸很小，直径约为 100 纳米，因此密度比其他量子比特类型（如超导量子比特）要大，从而可以在相同尺寸的单个芯片上制造出更复杂的量子计算机。这种制造方法采用了极紫外光（EUV）光刻技术，这使得英特尔能够在大批量生产的同时实现如此小的尺寸。

要实现具有数百万个统一量子比特的容错量子计算机，需要高度可靠的制造工艺。英特尔利用其在晶体管制造方面的传统专业知识，通过利用其最先进的 300 毫米 CMOS 制造技术（该技术可在每个芯片上例行生产数十亿个晶体管），在制造与晶体管类似的硅自旋量子比特方面处于领先地位。

在这些研究成果的基础上，英特尔计划继续利用这些技术取得进展，增加更多互连层，制造出具有更多量子比特数和连接性的二维阵列，并在其工业制造工艺上演示高保真双量子比特门。不过，当务之急仍然是扩大量子器件的规模，提高下一代量子芯片的性能。