比利时微电子研究中心 （imec） 宣布，发布高品质的12英寸芯片硅基量子点自旋量子加工技术，组件在1Hz频率下的平均电荷噪声为0.6µeV/ÖHz，且数值达到统计显著性。
imec指出，就噪声表现而言，这些数值是目前在12英寸芯片兼容制程中所取得的最低噪声值。这么低的噪声值可以实现高保真度的量子控制，因为降低噪声对于维持量子相干性与高保真度控制来说是关键。在12英寸芯片硅基金属氧化物半导体 （MOS） 量子点制程中，此次研究重复取得并再现展示这些数值，可能实现基于硅基量子点的大规模量子计算机。
imec表示，硅材量子点自旋量子位元是用来实现大规模量子计算机的潜力构件，出于两大原因。第一，硅材自旋量子位元屡次在实验室环境中证实了其具备较长的量子相干时间 （反映量子存储资讯时间较长的指标），并能以高保真度维持量子闸运行，所以这些量子是公认且经过测试、具备现实发展前景的技术。第二，这点对长期可行性来说可能也更为重要，那就是这项潜在技术可与互补式金属氧化物半导体 （CMOS） 制造技术兼容且紧密相连，因此可能可以通过硅基量子点结构所需的先进后段制程内连技术，实现芯片等级的均匀度与良率。
现阶段硅基量子点自旋量子位元目前有好几种，imec目前都在进行研究。此次研究中，量子点自旋量子采用MOS量子点的结构，该结构就像是修正版的晶体管结构，用来捕获电子或电洞的单一自旋。为了达到较长的量子相干时间，量子点的噪声—特别是电荷噪声，应该尽量越低越好。这种噪声通常是由剩余电荷产生，在量子点附近或其内部遭到捕获，而为了提高自旋量子位元的性能，消弭这些噪声是重点。最后会由量子点量子位元结构的完整加工堆栈来决定性能，因为任何在堆栈内产生的缺陷都必须尽可能地控制到最小。尽管这点可以通过实验室技术来实现，像是能够减少制程损耗的极温和剥离制程，但是蚀刻与微影图形化等业界制造技术却容易导致组件及界面品质的衰退，尤其是靠近量子点量子位元的硅/二氧化硅 （SiO2） 界面。因此，与在实验室加工的组件相比，在专业生产设施制造的Si/SiO2量子点结构，其电荷噪声通常较高。
而imec针对基于12英寸芯片Si/SiO2材料的MOS闸极堆栈进行审慎优化及工程设计，成功取得史上最低的平均电荷噪声，（在1Hz的频率下） 横跨多个12英寸芯片上的噪声值只有0.6µeV/ÖHz，并运用统计方法进行特征化。Imec研究员暨量子运算研究计划主持人Kristiaan De Greve表示，相较于目前先进芯片厂所制成的硅基量子点结构，我们成功展示了降低半个到一个数量级 （约3到10倍）的电荷噪声值，具体因噪声来源而异，量子点运行也达到惊人的一致性。我们的研究成果证实了12英寸芯片硅基MOS设计为用来制造量子点自旋量子的可靠材料，并突显了业界在量子位元开发制程的技术成熟度。
另外，用来进行低电荷噪声组件特征化的统计分析方法也显现了这些噪声来源的重要见解。De Greve进一部指出，了解这些电荷噪声的来源将能引导我们进一步优化量子点结构。具备低噪声的量子位元环境及运用CMOS制造技术所展示的均匀度，全都只是一系列技术发展的开端，目标是推动量子芯片升级，最终实现应用量子运算；而就目前的理解，量子运算将会需要上百万个实体的量子位元。
(首图来源：imec提供)
