量子科技不断突破 百万量子位元电脑指日可待

目前各国都在挑战更多量子位元电脑，量子位元数量愈高，电脑算力就会以指数级别向上飙升。法国研究机构CEA和新创公司C12 Quantum Electronics日前发表一款新颖的量子电脑设计，使用CMOS制造技术，在200毫米的硅片上大规模制造以纳米碳管为基础的量子位元芯片。

据Tom’s Hardware报导，量子位元制程与现有矽制程兼容程度越高，制造的效率和规模就越大，因此许多量子运算设计都希望能更贴近晶体管的制造方式，但这些设计都没有达到C12和CEA所展示的200毫米晶圆规模。

CEA-Leti实验室CEOSebastien Dauve表示，量子技术为下一代运算提供了巨大的希望，但在制造量子位元芯片方面，仍面临重大的发展挑战。将成熟的CMOS技术与C12使用纳米碳管的原始方法相结合，可加速量子运算商业化和大规模制造这些芯片的进程。

C12CEO暨共同创始人Pierre Desjardins表示，终极目标是将学术晶圆厂的制造程序转移到工业级的半导体晶圆制程。C12对其技术的简化制造充满信心，从每小时可制造数千个量子位元，最终达成每个晶圆大小的量子运算芯片拥有数十万个量子位元的密度。

C12的量子位元设计是从超纯纳米碳管的培养开始，然後透过化学气相沉积，将碳的C12同位素逐个原子放置以形成纳米管结构。纳米管中若存在任何其他的同位素或原子粒子，都会导致它们相互作用，增加自旋杂讯(量子机器内部干扰的主要来源之一)，可能造成量子位元完全崩溃，出现计算错误或中断工作负载。

在应用纳米管之前，C12会进行非侵入性的杂质筛选，只有纯度达99%(代表含有99%的C12碳同位素)才能进入下一步骤。这些碳管将被放置在半导体制造业大规模生产的IC芯片上。纳米碳管悬浮在闸极阵列上方，确保最佳化的环境隔离，才能大幅减少量子位元受电荷和机械杂讯影响，难以维持稳定的量子态而出现退相干(decoherence)的情况。

此外，基於微波的调节器(regulator)可允许系统的量子位元彼此随意耦合，在提高效能的同时也减少了对量子位元状态变化的环境干扰。

CEA与C12将进一步研究创新材料，致力於多量子位元芯片的设计和制造，最终的完整原型预计在2024年推出。IBM最新的Eagle量子芯片拥有127个量子位元，该公司预计2030年可达到百万个量子位元密度，其他公司如微软(Microsoft)近来也突破技术限制，实现拓朴量子位元，这场量子电脑战局似乎越演越烈。

责任编辑：朱原弘