全球首创：imec展示利用高数值孔径EUV光刻技术制造的量子点比特器件

在本周举行的ITF World（imec技术论坛）上，全球领先的先进半导体技术研究与创新中心 imec 展示了一项全球首创的成果：利用高数值孔径极紫外（High NA EUV）光刻技术制造的量子点比特（quantum dot qubit）器件。这一成就标志着在实现更可靠量子比特（量子计算机的基本计算单元）的工业化规模量产进程中迈出了里程碑式的一步。据我们所知，这是全球首个利用高数值孔径EUV光刻技术制造的集成硬件器件。

针对特定的复杂计算问题（如开发新药或模拟物理过程），量子计算机的性能可能比传统计算机呈指数级提升。然而，要制造出一台真正实用的量子计算机，我们需要将规模扩大到数百万个相互连接的量子比特，并保证极高的可靠性和精准的控制。

在目前正在研究的各种量子平台中，硅量子点自旋量子比特被认为是工业化扩产极具前景的候选者，通常被称为“工业级量子比特”。它们的制造工艺在很大程度上与硅（CMOS）上标准计算机芯片的制造相兼容，而这正是 imec 在过去几十年中建立起全球权威的研究领域。

“我们可以利用几十年来半导体的创新成果，并复用整个硅规模化生态系统，从而推动量子器件跨越实验室实验阶段，走向大规模、可制造的系统。这就是硅基量子比特的明显优势所在。”  imec项目负责人兼量子集成工程师索菲·拜恩（Sofie Beyne）解释道。

硅量子点自旋量子比特将一个电子限制在硅纳米结构（栅极层）内。被捕获电子的“自旋状态”用于存储量子信息。必须将各个栅极之间的间隙缩至最小，以限制环境噪声。imec 已经成功制造出了一个可以运行的量子比特网络，其间隙仅为 6 纳米。 得益于该硬件组件的纳米级尺寸，理论上可以将数百万个量子位集成到单个芯片上。

imec 院士兼量子计算项目总监克里斯蒂安·德·格雷夫（Kristiaan De Greve）表示： “High NA EUV 能够实现硅量子点比特的精准图形化。由于相邻量子点之间的耦合强度随着它们之间间隙的缩小而呈指数级增加，我们需要在量子点的控制电极之间可靠地制造出几纳米的间隙。这绝对是一项真正的工程壮举，这要归功于我们的集成与图形化团队，以及阿斯麦（ASML）杰出的 High NA EUV 技术。”

此次演示基于 imec 此前在硅量子点自旋量子比特方面取得的成果，这些成果已经表明，兼容 CMOS 的工艺可以带来低电荷噪声和稳定的量子比特运行。通过在生产工艺中引入 High NA EUV 光刻技术，研究重心正从实验室中的单个演示器件，转向兼容 300mm 晶圆厂、可重复生产的量子比特。

显而易见，High NA EUV 光刻技术对于推动先进人工智能和高性能计算快速发展的 2nm 以下逻辑芯片和高密度存储技术至关重要；而现在同样明确的是，它也将在未来量子计算的硬件中发挥举足轻重的作用。