英特爾發(fā)布全新硅自旋量子比特芯片Tunnel Falls

今天，英特爾發(fā)布包含12個(gè)硅自旋量子比特（silicon spin qubit）的全新量子芯片Tunnel Falls，繼續(xù)探索量子實(shí)用性，以解決重大難題。Tunnel Falls是英特爾迄今為止研發(fā)的最先進(jìn)的硅自旋量子比特芯片，利用了英特爾數(shù)十年來(lái)積累的晶體管設(shè)計(jì)和制造能力。

放在手指上的Tunnel Falls芯片

在英特爾的晶圓廠里，Tunnel Falls是在300毫米的硅晶圓上生產(chǎn)的，利用了英特爾領(lǐng)先的晶體管工業(yè)化制造能力，如極紫外光刻技術(shù)（EUV），以及柵極和接觸層加工技術(shù)。在硅自旋量子比特中，信息（0/1）被編碼在單個(gè)電子的自旋（上/下）中。硅自旋量子比特本質(zhì)上是一個(gè)單電子晶體管，因此英特爾能夠采用與標(biāo)準(zhǔn)CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）邏輯生產(chǎn)線類似的流程制造它。

封裝起來(lái)的Tunnel Falls芯片

英特爾認(rèn)為，硅自旋量子比特比其他量子比特技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)，因其可以利用先進(jìn)晶體管類似的生產(chǎn)技術(shù)。硅自旋量子比特的大小與一個(gè)晶體管相似，約為50 x 50納米，比其它類型的量子比特小100萬(wàn)倍，并有望更快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。《自然·電子學(xué)》期刊上的一篇論文表示，“硅可能是最有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的平臺(tái)”。 

放大后的Tunnel Falls芯片

同時(shí)，利用先進(jìn)的CMOS生產(chǎn)線，英特爾可以通過(guò)其創(chuàng)新的制程控制技術(shù)提高良率和性能。Tunnel Falls的良率達(dá)到了95%，實(shí)現(xiàn)了與CMOS邏輯制程接近的電壓均勻性（voltage uniformity）。此外，英特爾可在每塊晶圓上實(shí)現(xiàn)超過(guò)24000個(gè)量子點(diǎn)。Tunnel Falls能夠形成可被相互隔離或同時(shí)操控的4到12個(gè)量子比特。 

接下來(lái)，英特爾將繼續(xù)致力于提高Tunnel Falls的性能，并將其和英特爾量子軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）整合在一起，集成到英特爾的量子計(jì)算堆棧中。此外，基于制造Tunnel Falls的經(jīng)驗(yàn)，英特爾已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)下一代量子芯片，預(yù)計(jì)將于2024年推出。

示意圖：量子點(diǎn)柵極下的電子