近日,，比利時微電子研究中心（imec）宣布成功演示了高質(zhì)量 300 毫米硅基量子點自旋量子比特處理,，該設(shè)備在 1Hz 時產(chǎn)生具有統(tǒng)計意義的平均電荷噪聲 0.6μeV/√ Hz,。就噪聲性能而言，所獲得的值是在 300 毫米晶圓廠兼容平臺上實現(xiàn)的最低電荷噪聲值。如此低的噪聲值可實現(xiàn)高保真量子比特控制,，因為降低噪聲對于保持量子相干性和高保真控制至關(guān)重要,。通過在 300 毫米 Si MOS 量子點工藝上反復(fù)且可重復(fù)地演示這些值，這項工作使基于硅基量子點的大規(guī)模量子計算機(jī)成為現(xiàn)實。

硅基量子點自旋量子比特是實現(xiàn)大規(guī)模量子計算機(jī)的有前途的構(gòu)建模塊,，主要有兩個原因。首先,，具有長量子相干時間（反映其長時間存儲量子信息能力的指標(biāo)）和高保真量子門操作的硅基自旋量子比特已在實驗室環(huán)境中反復(fù)演示,，因此是一種成熟且經(jīng)過測試的技術(shù),，具有現(xiàn)實的前景。其次,，對于長期可行性而言，可能更重要的是,，底層技術(shù)與 CMOS 制造技術(shù)兼容且緊密相關(guān),，因此提供了晶圓級均勻性和良率的可能性,，并且硅基量子點結(jié)構(gòu)需要先進(jìn)的后端互連，而這正是真正大規(guī)模量子芯片所必需的,，其中數(shù)百萬甚至數(shù)十億個量子比特同步運行,。

存在幾種類型的硅基量子點自旋量子比特,，imec 正在對其進(jìn)行研究,。在這項工作中,，量子點自旋量子比特由金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS) 量子點結(jié)構(gòu)定義,，這種結(jié)構(gòu)類似于經(jīng)過修改的晶體管結(jié)構(gòu),，用于捕獲電子或空穴的單個自旋,。為了實現(xiàn)較長的量子相干時間,，噪聲（特別是量子點的電荷噪聲）應(yīng)盡可能低,。該噪聲通常來自殘留電荷,，這些電荷被捕獲在量子點附近甚至內(nèi)部，去除這些電荷是提高自旋量子比特性能的關(guān)鍵,。最終,，這取決于量子點量子比特結(jié)構(gòu)的完整處理堆棧,，因為需要盡量減少引入的任何缺陷,。雖然這可以通過實驗室技術(shù)（例如非常溫和的剝離工藝）來實現(xiàn)，從而減少工藝損傷,，但工業(yè)制造技術(shù)（如減法蝕刻和基于光刻的圖案化）已被證明很容易導(dǎo)致設(shè)備和界面質(zhì)量下降,，特別是在量子點量子比特附近的 Si/SiO2 界面處,。因此，在專業(yè)制造設(shè)施中制造的基于 Si/SiO2 的量子點結(jié)構(gòu)的電荷噪聲通常高于使用實驗室處理獲得的值。

通過精心優(yōu)化和設(shè)計 300 毫米 Si/SiO2 基 MOS 柵極堆棧，imec 在 300 毫米晶圓上實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低平均電荷噪聲水平,，僅為 0.6μeV/√ Hz（1Hz 時），并使用統(tǒng)計方法進(jìn)行了表征,。imec 研究員兼量子計算項目總監(jiān) Kristiaan De Greve：“我們展示了電荷噪聲水平,，與目前最先進(jìn)的基于晶圓廠的 Si 量子點結(jié)構(gòu)相比,，噪聲水平降低了半個數(shù)量級到一個數(shù)量級,，并實現(xiàn)了非常均勻的量子點操作,。我們的結(jié)果證實，300 毫米 Si MOS 是量子點自旋量子比特的有力材料平臺,，并凸顯了量子比特開發(fā)工業(yè)制造技術(shù)的成熟度?！?/p>

此外，用于表征低電荷噪聲設(shè)備的統(tǒng)計分析方法揭示了其起源的基本見解,?！傲私怆姾稍肼暤膩碓磳槲覀兲峁┻M(jìn)一步優(yōu)化量子點結(jié)構(gòu)的方向，”De Greve 補充道,?！暗驮肼暳孔颖忍丨h(huán)境和 CMOS 制造的一致性只是一系列使能技術(shù)發(fā)展的開始，這些技術(shù)發(fā)展將使量子芯片升級為最終的實用量子計算,，根據(jù)目前的理解,，這將需要數(shù)百萬個物理量子比特?！?/p>