英特爾公布量子計算機芯片量產的一大重要里程碑成果

英特爾旗下兩個主要研究機構英特爾實驗室（Intel Labs）和基礎材料研究所（Components Research）近日宣布，他們在大規模生產量子計算處理器方面取得了重大進展。

在魁北克奧福德舉行的2022年硅量子電子研討會上，英特爾研究人員表示，英特爾的晶體管研發中心制造“硅自旋量子比特設備”時，已經能夠展示出最高水平的產量和均勻率，這被認為是英特爾的一個重要里程碑，因為英特爾正在朝著能夠在現有晶體管制造工藝上制造量子計算芯片的方向發展。

在這場打造量子計算機的競賽中，英特爾是關鍵參與者之一。量子計算機是一種更先進的機器，可以將數據編碼為“量子比特”，而不是傳統計算機中使用的比特。量子比特的優勢在于它并不局限于狀態1或者是0，可以同時作為兩種狀態存在，這種特性稱為疊加。

這主要源自于量子物理學的奇異特性。英特爾將量子比特比作一枚硬幣，它可以是正面、反面或不停旋轉的狀態。當硬幣在旋轉時，它可以同時被認為是正面和反面。

英特爾進一步解釋說，如果一個旋轉的硬幣能夠同時代表兩種狀態，那么兩個旋轉硬幣則可以代表四種狀態：HH、TT、HT、TH。因此，可能性就會迅速擴大，三個旋轉硬幣則能夠代表八個狀態。

重要的是你要理解，量子比特代表多種狀態的能力使其比傳統比特更加強大，因此量子計算機中的量子比特越多，機器的能力就越強。

令人驚訝的是，盡管量子比特看起來很神奇，但實際上是采用了和傳統計算機芯片相同的制造方式，是在硅晶片上作為“自旋量子比特”生產出來的，最大的區別是它更脆弱一些，且只能存在于極低溫的環境中，以保持其穩定性。

到目前為止，大多數研究過程都集中在一次創建一個量子芯片上，而英特爾的做法有所不同，是使用現有的極紫外光刻技術來制造一個典型的300毫米晶圓，其中包含了多個量子芯片。據英特爾稱，這種原型展示了迄今為止最強的一致性，成品率約為95%。

圖：英特爾低溫探測器在自動化過程中攝取的圖像，顯示了1.6開爾文的量子比特設備，其中可以在所有16個位置（4個傳感器和12個量子比特位置）形成量子點，并調整到最后一個單個電子上而無需工程師的輸入操作。英特爾制造的設備所具有的均勻性和可重復性，實現了以上這些結果，并且這些結果是在一整個晶圓上收集到的。該系統持續運行以生成迄今為止所知的最大的量子點設備數據集。

英特爾量子硬件總監James Clarke表示，研究表明，采用英特爾現有晶體管工藝節點制造量子芯片的想法是一個“合理的戰略”，隨著技術的成熟，將會看到相關成果。

由于與早期芯片相比，英特爾已經實現了更高的產量和一致性，因此英特爾現在可以使用統計過程控制技術來確定有那些制造過程區域是可以優化的。英特爾通過這種方式可以加速研究工作，并有望在一天之內大規模生產用于商業量子計算機的數千個甚至數百萬個量子比特。

Clarke表示：“未來，我們將繼續提高這些設備的質量并開發更大規模的系統，以這些步驟作為構建模塊，幫助我們快速推進。”