今天,英特尔发布包含 12 个硅自旋量子比特(silicon spin qubit)的全新量子芯片 Tunnel Falls,继续探索量子实用性,以解决重大难题。Tunnel Falls 是英特尔迄今为止研发的最先进的硅自旋量子比特芯片,利用了英特尔数十年来积累的晶体管设计和制造能力。

在英特尔的晶圆厂里,Tunnel Falls 是在 300 毫米的硅晶圆上生产的,利用了英特尔领先的晶体管工业化制造能力,如极紫外光刻技术(EUV),以及栅极和接触层加工技术。在硅自旋量子比特中,信息(0/1)被编码在单个电子的自旋(上/下)中。硅自旋量子比特本质上是一个单电子晶体管,因此英特尔能够采用与标准 CMOS(互补金属氧化物半导体)逻辑生产线类似的流程制造它。

放在手指上的Tunnel Falls芯片(图片来源:英特尔公司)

封装起来的Tunnel Falls芯片(图片来源:英特尔公司)

放大后的Tunnel Falls芯片(图片来源:英特尔公司)

示意图:量子点栅极下的电子(图片来源:英特尔公司)

英特尔认为,硅自旋量子比特比其他量子比特技术更有优势,因其可以利用先进晶体管类似的生产技术。硅自旋量子比特的大小与一个晶体管相似,约为 50 x 50 纳米,比其它类型的量子比特小 100 万倍,并有望更快实现量产。《自然·电子学》期刊上的一篇论文表示,“硅可能是最有机会实现大规模量子计算的平台”。

同时,利用先进的 CMOS 生产线,英特尔可以通过其创新的制程控制技术提高良率和性能。Tunnel Falls 的良率达到了 95%,实现了与 CMOS 逻辑制程接近的电压均匀性(voltage uniformity)。此外,英特尔可在每块晶圆上实现超过 24000 个量子点。Tunnel Falls 能够形成可被相互隔离或同时操控的 4 到 12 个量子比特。

接下来,英特尔将继续致力于提高 Tunnel Falls 的性能,并将其和英特尔量子软件开发工具包(SDK)整合在一起,集成到英特尔的量子计算堆栈中。此外,基于制造 Tunnel Falls 的经验,英特尔已经开始研发下一代量子芯片,预计将于 2024 年推出。