英特尔探索硅基量子处理器 通过独特方法超越竞争对手

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。