北京
僅6納米間距，在300毫米晶圓廠兼容工藝下，比利時微電子研究中心（Imec）使單芯片集成數百萬量子比特成為可能。
專注于先進半導體技術的比利時研究和創新實驗室Imec，利用高數值孔徑極紫外光刻技術，制造出世界首個量子點量子比特器件。這項高度可擴展的技術剛剛被引入可擴展半導體技術領域。這一成就或將在近期助力開發可擴展量子計算機，使量子計算比采用其他路線更早到來。
量子計算機被視為計算的下一個前沿，它們能在幾分鐘內解決即使最快超算也需要數十年才能解決的問題。之所以能做到這一點，是因為量子計算機使用量子比特，可以同時存儲多個值（0和1）并并行執行計算。
盡管各家公司在競相建造世界上第一臺商用量子計算機，但障礙不在于制造出它們，而在于大規模部署。從谷歌到IBM等大型科技公司，以及眾多新入局者，已經摸索出不同的量子計算實現方式。如今的挑戰在于，要大規模制造出能夠可靠執行這些計算的機器。
據估計，這樣的未來可能在2030年前后實現，但有了Imec的最新成就，它可能會更早到來。
利用產業級量子比特
Imec的獨到之處并不在于設計一種全新的量子比特，而在于使用最容易擴展的那種。采用硅量子點量子比特（也被稱為產業級量子比特）是最簡單的擴展方案，因為它利用現有的芯片制造基礎設施來構建量子芯片。
這些量子比特的工作原理是將單個電子囚禁在硅結構中，利用電子的自旋存儲信息。周圍的金屬控制柵極則操控量子點之間的相互作用。理論上這聽起來很簡單，但實際實現起來卻相當棘手。
這些量子比特通過將單個電子限制在硅結構內，用其自旋存儲信息來工作。周圍的金屬控制柵極操控量子點間的相互作用。理論上這似乎很直接，然而在現實世界中做到這點卻非常困難。
此類芯片的性能取決于控制電極之間的間距。量子點之間的間距越小，系統的可控性和保真度就越高。然而，硅晶圓上的這個間距以納米（10??米）為尺度，研究團隊因此需要極其先進的工藝來讓系統運轉。
高數值孔徑極紫外光刻
Imec的研究人員在其方案中利用了高數值孔徑極紫外光刻，這是半導體行業計劃用來實現亞2納米處理器的最新光刻技術。當這項技術被用于交付人工智能加速器和密集存儲芯片之際，Imec研究人員將其用于開發量子處理器。
這臺高數值孔徑極紫外光刻機重達驚人的150噸，有一輛公共汽車那么大，其反射鏡尺寸是傳統極紫外光刻設備的兩倍，重量是后者的十倍。這項技術才剛剛送到那些希望將其整合進生產流程的半導體制造商手中，但Imec已經用它來制造量子硬件了。
Imec目前并未宣稱憑借此次嘗試實現了任何量子規模計算的突破。但它也無需如此。該實驗室的任務并非打造一臺性能強大的量子計算設備，而是要證明它們可以輕松擴展，而高數值孔徑極紫外光刻剛剛證實了這一點。
盡管量子初創公司或許正在創制具備巨大算力的新型量子比特，但它們還需要找出如何擴展這些系統的方法。Imec剛剛證明，硅量子比特可以輕松擴展，且大規模部署并不需要量子計算技術的革命性演進。
憑借僅6納米的間距和兼容300毫米晶圓廠的工藝，Imec使單芯片集成數百萬量子比特成為可能。更重要的是，量子設備的推廣可能會更加無縫，因為芯片制造商從二進制比特轉向量子比特時，無需對制造流程進行大規模改造。量子未來或許也不必等到2030年。
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