仅6纳米间距，在300毫米晶圆厂兼容工艺下，比利时微电子研究中心（Imec）使单芯片集成数百万量子比特成为可能。
专注于先进半导体技术的比利时研究和创新实验室Imec，利用高数值孔径极紫外光刻技术，制造出世界首个量子点量子比特器件。这项高度可扩展的技术刚刚被引入可扩展半导体技术领域。这一成就或将在近期助力开发可扩展量子计算机，使量子计算比采用其他路线更早到来。
量子计算机被视为计算的下一个前沿，它们能在几分钟内解决即使最快超算也需要数十年才能解决的问题。之所以能做到这一点，是因为量子计算机使用量子比特，可以同时存储多个值（0和1）并并行执行计算。
尽管各家公司在竞相建造世界上第一台商用量子计算机，但障碍不在于制造出它们，而在于大规模部署。从谷歌到IBM等大型科技公司，以及众多新入局者，已经摸索出不同的量子计算实现方式。如今的挑战在于，要大规模制造出能够可靠执行这些计算的机器。
据估计，这样的未来可能在2030年前后实现，但有了Imec的最新成就，它可能会更早到来。
利用产业级量子比特
Imec的独到之处并不在于设计一种全新的量子比特，而在于使用最容易扩展的那种。采用硅量子点量子比特（也被称为产业级量子比特）是最简单的扩展方案，因为它利用现有的芯片制造基础设施来构建量子芯片。
这些量子比特的工作原理是将单个电子囚禁在硅结构中，利用电子的自旋存储信息。周围的金属控制栅极则操控量子点之间的相互作用。理论上这听起来很简单，但实际实现起来却相当棘手。
这些量子比特通过将单个电子限制在硅结构内，用其自旋存储信息来工作。周围的金属控制栅极操控量子点间的相互作用。理论上这似乎很直接，然而在现实世界中做到这点却非常困难。
此类芯片的性能取决于控制电极之间的间距。量子点之间的间距越小，系统的可控性和保真度就越高。然而，硅晶圆上的这个间距以纳米（10⁻⁹米）为尺度，研究团队因此需要极其先进的工艺来让系统运转。
高数值孔径极紫外光刻
Imec的研究人员在其方案中利用了高数值孔径极紫外光刻，这是半导体行业计划用来实现亚2纳米处理器的最新光刻技术。当这项技术被用于交付人工智能加速器和密集存储芯片之际，Imec研究人员将其用于开发量子处理器。
这台高数值孔径极紫外光刻机重达惊人的150吨，有一辆公共汽车那么大，其反射镜尺寸是传统极紫外光刻设备的两倍，重量是后者的十倍。这项技术才刚刚送到那些希望将其整合进生产流程的半导体制造商手中，但Imec已经用它来制造量子硬件了。
Imec目前并未宣称凭借此次尝试实现了任何量子规模计算的突破。但它也无需如此。该实验室的任务并非打造一台性能强大的量子计算设备，而是要证明它们可以轻松扩展，而高数值孔径极紫外光刻刚刚证实了这一点。
尽管量子初创公司或许正在创制具备巨大算力的新型量子比特，但它们还需要找出如何扩展这些系统的方法。Imec刚刚证明，硅量子比特可以轻松扩展，且大规模部署并不需要量子计算技术的革命性演进。
凭借仅6纳米的间距和兼容300毫米晶圆厂的工艺，Imec使单芯片集成数百万量子比特成为可能。更重要的是，量子设备的推广可能会更加无缝，因为芯片制造商从二进制比特转向量子比特时，无需对制造流程进行大规模改造。量子未来或许也不必等到2030年。
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