英特尔迈向量产量子计算机芯片迈进的重要里程碑

英特尔公司的两个主要研究机构英特尔实验室和组件研究公司今天宣布，他们在大规模生产量子计算处理器方面取得了重大进展。

在魁北克奥福德举行的 2022 年硅量子电子研讨会上，英特尔的研究人员表示，在该公司的晶体管研发设施中制造“硅自旋量子比特器件”时，他们已经能够展示出报告的最高产量和均匀率。 该研究被认为是英特尔的一个关键里程碑，因为它正在朝着能够在其现有晶体管制造工艺上制造量子计算芯片的方向发展。

英特尔是构建量子计算机竞赛的关键参与者，量子计算机是更先进的机器，可以将数据编码为“量子比特”，而不是传统计算机中使用的传统比特。 量子位的优势在于它们不限于状态 1 或 0。它们也可以同时作为两种状态存在，这种特性称为叠加。

这要归功于量子物理学的怪癖。 英特尔将量子比特比作一枚硬币，它可以是正面、反面或不停地旋转。 当硬币在旋转时，它可以同时被认为是正面和反面。

正如英特尔进一步解释的那样，如果一个旋转硬币能够同时代表两种状态，那么两个旋转硬币可以代表四种状态：HH、TT、HT、TH。 从那里开始，可能性迅速扩大，三个旋转硬币能够代表八个状态。

重要的是要理解，量子比特代表多种状态的能力使它们比传统比特更强大。 因此，量子计算机中的量子比特越多，机器的能力就越强。

令人惊讶的是，尽管这些量子比特看起来很神奇，但它们实际上是用与传统计算机芯片相同的方式制造的。 它们是在硅晶片上作为“自旋量子比特”生产的，最大的区别在于它们更加脆弱。 它们只能在极低的温度下存在以保持其稳定性。

到目前为止，大多数研究过程都中心化在一次创建一个量子芯片上。 这就是英特尔的不同做法，而是使用现有的极紫外光刻技术来制造一个典型的 300 毫米晶圆，其中包含多个量子芯片。 据英特尔称，其原型展示了迄今为止最强的一致性，成品率约为 95%。

英特尔低温探测器在自动化过程中的图像显示了 1.6 开尔文的量子量子比特设备，其中可以在所有 16 个位置（四个传感器和 12 个量子比特位置）形成量子点，并调整到最后一个（单个）电子，而无需工程师输入。 这些结果由英特尔制造的设备均匀性和可重复性实现，收集在整个晶圆上。 该系统持续运行以生成迄今为止报告的最大的量子点设备数据集。

英特尔量子硬件总监 James Clarke 表示，研究表明，在公司现有的晶体管工艺节点上制造量子芯片的想法是一个“合理的策略”，随着技术的成熟，它将取得成果。

由于与早期芯片相比，英特尔已经实现了更高的产量和一致性，它现在可以使用统计过程控制技术来确定可以优化的制造过程区域。 通过这种方式，它可以加速其研究工作，并有望在一天之内大规模生产用于商业量子计算机的数千甚至数百万个量子比特。

“未来，我们将继续提高这些设备的质量并开发更大规模的系统，以这些步骤作为构建模块，帮助我们快速推进，”克拉克说。

Constellation Research Inc. 的 Holger Mueller 表示，英特尔迫切希望在半导体创新方面继续掀起波澜，即使这些进步来自量子计算等更晦涩的领域。 “实现质量和高产量是所有计算机芯片生产的关键，看起来英特尔在量产量子芯片的质量和可靠性方面取得了重大突破，”他说。 “英特尔的工作值得祝贺，它成为开发新芯片平台的早期领导者，这在不远的将来可能至关重要。”

图片：英特尔