英特爾在量子芯片生產(chǎn)達(dá)到關(guān)鍵里程碑

據(jù)悉，在英特爾位于俄勒岡州希爾斯伯勒的戈登·摩爾晶體管研發(fā)機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)室和組件研究部門展示了迄今為止業(yè)界最高的硅自旋量子比特芯片的報(bào)告產(chǎn)量和均勻性，這些芯片是在英特爾的晶體管研發(fā)設(shè)施開發(fā)的。這一成就代表了在英特爾晶體管制造工藝上擴(kuò)大規(guī)模和努力制造量子芯片的一個(gè)重要里程碑。

該研究是使用英特爾的第二代硅自旋測試芯片進(jìn)行的。通過使用英特爾低溫探測器（一種在低溫（1.7 開爾文或-271.45攝氏度）下運(yùn)行的量子點(diǎn)測試設(shè)備）測試設(shè)備，該團(tuán)隊(duì)隔離了 12 個(gè)量子點(diǎn)和四個(gè)傳感器。這一結(jié)果代表了業(yè)界最大的硅電子自旋器件，在整個(gè) 300 毫米硅晶片的每個(gè)位置都有一個(gè)電子。

英特爾的研究表明，使用極紫外（EUV）光刻技術(shù)制造的芯片顯示出顯著的均勻性，整個(gè)晶圓的良率達(dá)到95%。低溫探針的使用以及強(qiáng)大的軟件自動(dòng)化能力，使最后一個(gè)電子的900多個(gè)單量子點(diǎn)和400多個(gè)雙量子點(diǎn)，可以在不到24小時(shí)內(nèi)、絕對(duì)零度以上被表征出來。

與以前的英特爾測試芯片相比，在低溫下表征的設(shè)備的良率和均勻性提高，使英特爾能夠使用統(tǒng)計(jì)過程控制來確定制造過程中需要優(yōu)化的區(qū)域，這種在低溫下表征的設(shè)備的產(chǎn)量和均勻性的提高代表了朝著商業(yè)量子計(jì)算機(jī)所需的數(shù)千甚至數(shù)百萬量子比特邁出的關(guān)鍵一步。

量子硬件總監(jiān)James Clarke討論了他的公司在利用現(xiàn)有晶體管制造技術(shù)制造硅自旋量子比特方面的進(jìn)展。英特爾利用其半導(dǎo)體制造能力對(duì)該公司在該行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。預(yù)計(jì)該公司的硅芯片精制實(shí)例將被應(yīng)用于英特爾的先進(jìn)量子計(jì)算。

在最新的博客文章中提及稱第二代硅自旋測試芯片的測試和生產(chǎn)創(chuàng)造了關(guān)于該公司在量子芯片制造方面的進(jìn)展。英特爾的新量子設(shè)備是使用Cryoprober進(jìn)行采樣的，在1.7開爾文，或-271.45°C的淺層溫度下運(yùn)行，以保持量子比特的彈性，也允許它們?cè)谶@種條件下用于計(jì)算和利用。

英特爾將繼續(xù)開展"室溫量子計(jì)算機(jī)"的工作，這是英特爾在新興發(fā)展領(lǐng)域的又一個(gè)挑戰(zhàn)。

Cryoprober驗(yàn)證了該公司百分之九十五的量子比特封裝芯片被正確處理，這對(duì)英特爾來說是非常好的消息，因?yàn)榇蠖鄶?shù)量子芯片生產(chǎn)工作都是單一地制造設(shè)備，其EUV工藝現(xiàn)在有資格在一塊晶圓上制造許多量子芯片，產(chǎn)生相當(dāng)高的成果。

隨著該公司第二代硅自旋測試芯片的完成，英特爾將利用統(tǒng)計(jì)過程控制來進(jìn)行優(yōu)化，收集已經(jīng)達(dá)到的進(jìn)展來瞄準(zhǔn)下一代量子芯片。該公司和其他公司面臨的挑戰(zhàn)是有能力制造充滿數(shù)百萬個(gè)量子比特的量子芯片，這在整個(gè)行業(yè)中目前仍處于早期階段。

IBM 未來十年將在半導(dǎo)體、量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域投資 200 億美元

IBM 的超級(jí)計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)開發(fā)和制造基地宣布計(jì)劃在哈德遜河谷地區(qū)投資 200 億美元。哈德遜河谷是指紐約州哈德遜河沿岸地區(qū)，尤其是北起州府奧爾巴尼，南至紐約市的地區(qū)，被譽(yù)為工業(yè)繁榮發(fā)展的代名詞。

對(duì)于 IBM 來說，紐約州自 1941 年以來一直是傳統(tǒng)辦公設(shè)備（商用機(jī)器）和計(jì)算機(jī)研發(fā)和制造的所在地，曾經(jīng)是一家半導(dǎo)體工廠（2015 年轉(zhuǎn)讓給 GlobalFoundries，然后部分轉(zhuǎn)售給 onsemi）也存在，但現(xiàn)在只剩下半導(dǎo)體研發(fā)基地。其中，奧爾巴尼擁有世界上第一個(gè)成功開發(fā)出采用2nm工藝邏輯器件的半導(dǎo)體研發(fā)中心，目前正在開發(fā)1nm邏輯工藝。波基普西也被稱為大型機(jī)中心，最近又被稱為量子計(jì)算中心。

IBM表示，200億美元的投資將用于半導(dǎo)體、大型機(jī)、混合云、人工智能和量子計(jì)算的研發(fā)和制造。通過與紐約州的密切合作，該投資旨在擴(kuò)大紐約充滿活力的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)并創(chuàng)造大量就業(yè)機(jī)會(huì)。

在公司，半導(dǎo)體技術(shù)的未來是從 Yorktown Heights（核心先進(jìn)技術(shù)研究設(shè)施）到 Albany（300mm 開發(fā)和原型制作基地），再到 Hudson Valley（半導(dǎo)體應(yīng)用大型機(jī)和量子計(jì)算機(jī)）的開發(fā)和制造基地）。特別是奧爾巴尼下一代半導(dǎo)體開發(fā)的產(chǎn)官學(xué)聯(lián)合創(chuàng)新模式有可能成為國家半導(dǎo)體技術(shù)中心 (NSTC) 的基礎(chǔ)，該中心是根據(jù) CHIPS 法案成立的國家半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)，旨在加強(qiáng)美國半導(dǎo)體行業(yè)。

量子計(jì)算研究

量子計(jì)算利用量子物理學(xué)的特性，如疊加和糾纏來執(zhí)行計(jì)算。傳統(tǒng)晶體管使用電表示為“開”或“關(guān)”狀態(tài)的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制編碼。量子比特或“量子比特”可以同時(shí)在多個(gè)狀態(tài)下運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)前所未有的并行度和計(jì)算效率。

今天的量子系統(tǒng)只包含數(shù)十或數(shù)百個(gè)糾纏的量子比特，限制了它們解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。為了實(shí)現(xiàn)量子實(shí)用性，商業(yè)量子系統(tǒng)需要擴(kuò)展到超過一百萬個(gè)量子比特，并克服量子比特脆弱性和軟件可編程性等艱巨挑戰(zhàn)。

英特爾實(shí)驗(yàn)室正在行業(yè)和學(xué)術(shù)合作伙伴的幫助下克服這些挑戰(zhàn)，并取得了重大進(jìn)展。首先，英特爾正在利用其在大批量晶體管制造方面的專業(yè)知識(shí)來開發(fā) “熱”硅自旋量子比特，這是一種在更高溫度下運(yùn)行的更小計(jì)算設(shè)備。其次，Horse Ridge II 低溫量子控制芯片提供了更緊密的集成。第三，低溫探針能夠進(jìn)行有助于加速商業(yè)化的大批量測試。

盡管距離大規(guī)模實(shí)施可能還需要數(shù)年時(shí)間，但量子計(jì)算有望在材料、化學(xué)品和藥物設(shè)計(jì)、金融和氣候建模以及密碼學(xué)方面取得突破。

來源：英特爾

2020年，英特爾推出了第二代低溫控制芯片 Horse Ridge II，標(biāo)志著該公司在克服可擴(kuò)展性方面取得的又一個(gè)里程碑，這是量子計(jì)算的最大障礙之一。Horse Ridge II 建立在第一代 SoC 生成射頻脈沖以操縱量子比特狀態(tài)的能力之上，稱為量子比特驅(qū)動(dòng)。它引入了兩個(gè)額外的控制功能，為將外部電子控制進(jìn)一步集成到在低溫冰箱內(nèi)運(yùn)行的 SoC 中鋪平了道路。

其新功能包括：量子位讀數(shù)，該功能授予讀取當(dāng)前量子位狀態(tài)的能力。讀數(shù)非常重要，因?yàn)樗试S在不存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行片上、低延遲的量子比特狀態(tài)檢測，從而節(jié)省內(nèi)存和電力；多門脈沖，同時(shí)控制多個(gè)量子位門的潛力的能力是有效的量子位讀出以及多個(gè)量子位的糾纏和操作的基礎(chǔ)，為通向更具可擴(kuò)展性的系統(tǒng)鋪平了道路。

增加在集成電路中運(yùn)行的可編程微控制器使 Horse Ridge II 能夠在三個(gè)控制功能的執(zhí)行方式上提供更高水平的靈活性和復(fù)雜的控制。微控制器使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)脈沖執(zhí)行額外的濾波，有助于減少量子位之間的串?dāng)_。

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