英特尔最新成果：制造出大规模硅基量子比特

正在工作的自旋量子比特芯片（图片来源：网络）

众所周知，量子计算作为一个新兴领域，其最重要的挑战之一是可扩展性，即如何创建一个由数千或数百万个量子比特组成的稳定可靠的系统？

这并非易事，各个派系正在采取不同的方法来寻找问题的答案。最近，英特尔和QuTech联合发布了重磅新闻：在英特尔 D1 制造工厂已成功制造首个大规模硅基自旋量子比特芯片——在300mm硅晶片上集成了由硅基自旋量子比特组成的超过10,000数量的阵列。

硅基自旋量子比特的潜力

在量子比特和量子计算的众多实现方法中，硅基量子比特是目前广受认可的方法之一。硅基自旋量子比特，全称硅基半导体自旋量子比特，其原理是将传导电子囚禁在门定义的量子点中，利用电子自旋编码量子比特。

这些器件的工作原理类似于晶体管，将导电通道上方的门一次控制一个电子的流动扩展到线性量子比特阵列中，即用多个门控制每个量子点并精确调整附近电子的自旋和隧穿耦合。从性能角度来看，门定义的量子点中的自旋量子比特具有尺寸小、相干时间长和工作温度较高（1–4K）的优点。

另外，硅基自旋量子比特的显著优势是它们具有可扩展性，更重要的是，硅基自旋量子比特可以与传统的半导体制造工艺兼容。这种兼容性意味着硅基自旋量子比特能使用现有的技术制造，从而降低硅量子计算机的制造成本以及实现量产。

英特尔 X QuTech制造规模化硅基量子比特

英特尔和QuTech宣布成功制造硅基自旋量子比特的消息，在业界掀起了巨大的波澜。

比例显示英特尔和QuTech的设备（图片来源：网络）

该成果“Qubits made by advanced semiconductor manufacturing”（由先进半导体制造制造的量子比特）已发表在《Nature Electronics》杂志上。

研究人员在论文中描述了他们的新工艺：采用先进的晶体管制造技术（即英特尔最新一代互补金属氧化物半导体 “CMOS”芯片的生产设备）在300mm硅晶片上制造量子比特，并通过全光光刻和全工业处理，在一个位于28Si/28SiO2的接口上实现了量子点以及纳米级门模式。

新型量子比特器件的制造（图片来源：网络）
该新工艺的显著优势是：在单个芯片上可制造由硅基自旋量子比特组成的超过10，000数量的阵列，并且硅基自旋量子比特的保真率高达98%。 英特尔表示，这项开创性的研究是朝着扩展量子芯片道路迈出的关键一步，它表明了量子比特最终有可能与传统芯片在同一工业制造设施中生产。与此同时，新工艺制造在目标产量和生成量子比特数上显著高于传统方法，这是一项突破性的成就，将进一步落地可扩展、价格合理且高度集成的量子计算机。
原文链接：https://www.allaboutcircuits.com/news/first-silicon-based-qubits-at-scale-narrows-gap-for-quantum-computing-scaling/

文：Jake Hertz编译：卉可编辑：慕一
注：本文编译自“ all about circuits”，不代表量子前哨观点。