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英特爾表示，我們的晶圓廠可以量產(chǎn)量子比特芯片播報(bào)文章

如果能利用現(xiàn)有芯片制造工藝生產(chǎn)硅量子芯片，必將大大縮短實(shí)用型量子計(jì)算系統(tǒng)的落地周期

英特爾與QuTech發(fā)布聯(lián)合聲明，表示已經(jīng)在負(fù)責(zé)量產(chǎn)英特爾處理器芯片的制造設(shè)施中生產(chǎn)出首塊可以實(shí)現(xiàn)量子邏輯門的硅量子芯片。

雙方表示，此舉或?qū)槲磥砬Ъ墶⒛酥寥f級量子比特實(shí)用系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)打開大門。

根據(jù)英特爾的介紹，其工程師與來自QuTech的科學(xué)家們開展合作，共同在位于俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾D1晶圓廠中成功制造出第一塊大規(guī)模硅量子比特芯片，而且使用的300毫米晶圓與英特爾量產(chǎn)芯片晶圓高度相似。

QuTech是一家由代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）與荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（TNO）合作建立的企業(yè)，專注于量子計(jì)算研究。

英特爾指出，此次雙方已經(jīng)成功在單一晶圓上制造出超過10000個(gè)陣列及多個(gè)硅自旋量子比特，良品率超過95%，而且量子比特?cái)?shù)及良品率均高于現(xiàn)有量子比特制造工藝。

目前量子計(jì)算仍處于早期發(fā)展階段，而研究人員所測試的各類架構(gòu)往往需要大量量子比特以保障系統(tǒng)可靠性。除此之外，門保真度（即衡量單一量子比特?zé)o誤差度的指標(biāo)）也很重要。

可以看到，大規(guī)模制造量子比特的能力將成為推進(jìn)量子計(jì)算突破的重要一步。如果英特爾等芯片制造商多年來開發(fā)并調(diào)優(yōu)出的傳統(tǒng)硅芯片制造工藝也能服務(wù)于量子芯片，那么千級甚至萬級量子比特實(shí)用系統(tǒng)也將不再遙遠(yuǎn)。此次英特爾與QuTech發(fā)布的聯(lián)合聲明，正是朝著這個(gè)目標(biāo)發(fā)起的首輪沖擊。

英特爾量子硬件總監(jiān)James Clarke表示，“我們的研究證明，全尺寸量子計(jì)算機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)、而且完全能夠在現(xiàn)有芯片工廠中進(jìn)行生產(chǎn)。我們期待與QuTech繼續(xù)保持合作，利用我們在硅芯片制造領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)釋放出量子計(jì)算硬件的全部潛力。”

這項(xiàng)研發(fā)已經(jīng)發(fā)表在《自然電子學(xué)》雜志上。文章摘要部分指出，將工業(yè)半導(dǎo)體制造工藝用于量子門生產(chǎn)，代表著硅量子點(diǎn)式量子計(jì)算技術(shù)的重要進(jìn)步。在此之前，這類制造工藝高度依賴于電子束光刻，因此產(chǎn)量低且均勻性差。

根據(jù)QuTech的解釋，當(dāng)前的量子比特芯片往往需要在無塵室中制造，使用的工具已經(jīng)針對靈活的設(shè)計(jì)變更及短迭代周期做出了優(yōu)化，但在可靠性上仍有所不足。工業(yè)半導(dǎo)體制造工藝則擁有更出色的可靠性表現(xiàn)，有望補(bǔ)全量子比特芯片的這一制造短板。

QuTech博士研究員、論文一作Anne-Marije Zwerver表示，“工業(yè) 制造技術(shù)與之前大家使用的量子點(diǎn)樣本制造技術(shù)完全不同。”

其中的一大關(guān)鍵差異，在于工業(yè)半導(dǎo)體制造會(huì)遵循可靠且嚴(yán)格的圖案化設(shè)計(jì)規(guī)則，但這些規(guī)則能否適配量子比特元件的布局一直沒有答案。研究人員也一直不清楚量子比特的相干性能否經(jīng)受得住化學(xué)機(jī)械拋光等工業(yè)硅芯片制造工藝中的常規(guī)操作。

雖然英特爾與QuTech均將這一發(fā)現(xiàn)視為重大突破，但其中似乎仍有不少等待解答的問題。至少在短時(shí)間內(nèi)，我們還不太可能看到英特爾生產(chǎn)線批量產(chǎn)出硅量子比特芯片。

報(bào)告還提到，雖然現(xiàn)有方案還存在著設(shè)計(jì)缺陷、量子比特性能可擴(kuò)展性較差等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，但英特爾與QuTech建立的這套全流程300毫米晶圓集成生產(chǎn)線已經(jīng)開辟出一條大量實(shí)驗(yàn)、不斷加快開發(fā)速度的光明道路。

報(bào)告總結(jié)道，“此次證實(shí)的硅自旋量子比特與工業(yè)半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)施的兼容性，讓我們看到了未來擴(kuò)展并建立高容錯(cuò)、全棧量子計(jì)算機(jī)方面的無限可能。”

英特爾上周還透露，他們將向美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（ANL）提供量子計(jì)算測試臺(tái)設(shè)備，由此邁出實(shí)踐落地的重要一步。

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