英特尔正式宣布：All in硅基自旋量子比特

（图片来源：英特尔）

最近，在美国物理学会（APS）的三月会议上，英特尔不仅介绍了公司最新发表的14篇论文成果，并透露了公司的量子战略计划。

在英特尔看来，实用的量子计算未来还有很长的路要走，可能长达十年左右，所以他们不打算提供面向NISQ的应用程序产品。作为经典计算微处理器领导者，围绕开发量子计算相关工程复杂性，英特尔制定了长期路线图：致力于面向未来提供强大的量子处理器芯片和纠错功能。

优于超导量子比特

英特尔表示，他们在量子计算竞赛中的最大优势，是利用硅晶体管构建高性能计算模块方面的能力。尽管几年前，英特尔围绕超导量子计算进行了大量实验，并构建了一个代号为“Tangle Lake”的49个量子比特芯片，然而英特尔还是转向了硅基自旋量子比特领域。

英特尔指出，相比超导量子比特，自旋量子比特有着显著优势，例如每个量子比特的裸片面积缩小了几个数量级。这在英特尔的最新研究成果中得到了验证：他们实现了在单个300mm的硅晶圆上集成了超过10,000个硅基自旋量子比特阵列。

并且基于自旋量子比特技术，英特尔可以通过自家芯片晶圆厂来生产该芯片，而不需要再安装新的制造设备。

英特尔表示，与其他团队使用电子束光刻、原子层沉积和剥离硅处理器等技术不同，他们采用的是先进的标准EUV（极紫外）光学光刻、等离子蚀刻、CMP（化学机械抛光）以及大规模193nm光刻工艺构建硅基自旋量子比特芯片。经过在制造设施中不断优化晶体管制造工艺和步骤的多年经验，英特尔的先进制造方法已具备了高产量、高精度、低污染、高匀度、高再生性优势。

在技术优势之外，英特尔正与供应商合作，利用在高质量材料化学方面的专业知识和经验以生产更纯净的硅原料——28 Si，以确保制造能力。28 Si是一种硅原子的同位素，不表现出核自旋特性，而有助于提高相干时间。

在当前的经典晶体管加工生产中，厂商们使用的是含有28 Si、 29 Si 和 30 Si 混合物的天然硅，后两种同位素具有固有的核自旋特性，对于生产硅基自旋量子比特来说就需要被剔除。

另外，在英特尔的最新成果中，还解释了“英特尔”量子门：门大小（gate sizes）代表了在隧道势垒控制设计中被捕获的电子堆积数量以及柱塞、阻挡结构的数量（见下图），有55门、23门、17门、7门。这些配置仅支持最近邻耦合，最小的配置具有3个量子比特，最大的配置支持几十个量子比特。

基于硅自旋量子比特，英特尔报告了良好的相干性和保真度数：基于自旋量子比特技术，其松弛时间T1（激发态|1〉向基态|0〉 衰减所需的时间）约为14-65毫秒，相干时间T2约为1微秒，单量子比特随机基准测试保真度接近99.9%。英特尔表示，如果采用纯28 Si原料，测量结果无疑将更进一步改善。

自旋量子比特设计结构概念图（图片来源：英特尔）

走全栈量子计算路线

2019年，英特尔与BlueFors（芬兰超低温稀释制冷机测量系统制造商）和Afore（芬兰微机电系统测试解决方案提供商）合作开发了一台可以在短时间内达到1.6开尔文低温的晶片探测器。

这是在该领域迈出的关键一步。在开发超导或自旋量子比特芯片中，所面临的一项特殊挑战是，芯片需要冷却到开尔文或毫开尔文温度才能进行测试。英特尔表示，新设备将低温探测器的能力改进了1000 倍，它将使英特尔工程师可更快地迭代和改进芯片设计。

英特尔还在研究的另一项关键技术：开发一种可放置在量子比特附近的cryoCMOS控制芯片，并大大缩减从室温电子设备到量子芯片的稀释制冷器之间的布线。随着单个系统的量子比特数量不断扩大到1000甚至更多，这将是一个关键的机械工程问题。2020年，英特尔联合QuTech开发了一种名为Horseridge II的低温量子控制芯片，已进入测试阶段。

在硬件开发之外，下图显示了英特尔在软件方面的规划。在量子计算的布局上，英特尔追求全栈式路线：