比利時研究機構 Imec 研發全球首個量子點量子比特裝置，採用高 NA EUV 光刻技術可望加速量子電腦商用化進程

位於比利時的研究與創新實驗室 Imec，成功研發出全球首個利用高數值孔徑極紫外光（High NA EUV）微影技術製造的量子點量子位元裝置，這項高度可擴展的技術剛開始引入可擴展的半導體技術。這可能有助於在不久的將來開發可擴展的量子電腦，時間比其他方法預測的量子計算到來更早。量子電腦被視為計算領域的下一個前沿，因為它們能在幾分鐘內解決即使是最快的超級電腦也需要數十年才能解決的問題。

這是因為量子電腦使用量子位元（qubits），可以同時存儲多個值（0 或 1）並進行並行計算。

Imec 的量子位元技術展示了可擴展性的重要性

儘管各大公司正競相建造全球首個商業規模的量子電腦，但目前的挑戰在於如何推廣這些技術。從 Google 到 IBM 等主要科技公司，以及一系列新興企業，已經找到了不同的方法來進行量子計算。目前的挑戰是創造出能夠大規模、可靠地執行這些計算的機器。估計這樣的未來可能在 2030 年實現，但隨著 Imec 最近的成就，這一目標可能會提前到來。

Imec 的智慧之處不在於設計一種新型量子位元，而是在於使用最容易擴展的類型。利用矽量子點量子位元，也被稱為產業量子位元，是擴展的最簡單方法，因為它利用現有的晶片製造基礎設施來構建量子晶片。這些量子位元通過在矽結構中捕獲單個電子來工作，電子的自旋用於存儲信息。周圍的金屬控制閘門則操控量子點之間的相互作用。理論上，這聽起來簡單，但在實踐中，實現它的難度相當高。

量子計算的未來可能會提前到來

這類晶片的性能取決於控制電極之間的間距。量子點之間的間距越小，系統的可控性和保真度就越高。然而，這個間距在矽晶圓上以納米（10^-9 米）為單位測量，因此研究小組需要一種高度先進的方法來使其系統正常運作。

Imec 研究人員利用高數值孔徑極紫外光（High NA EUV）微影技術，這是半導體行業計劃用於實現小於 2 納米處理器的最新技術。雖然這項技術目前正在用於提供人工智能（AI）加速器和高密度內存晶片，但 Imec 研究人員卻使用它來開發量子處理器。高 NA EUV 微影機器重達 150 噸，大小與巴士相仿，反射鏡的尺寸是傳統 EUV 微影工具的兩倍，重量則是其十倍。

這項技術正逐步進入尋求將其整合到工作流程中的半導體製造商，但 Imec 已經利用它來構建量子硬件。

儘管 Imec 尚未聲稱其嘗試在量子計算方面取得任何突破，但這也並非必要。該實驗室的任務並不是建造一個強大的量子計算設備，而是展示它們可以輕鬆擴展，而高 NA EUV 微影技術正好證明瞭這一點。雖然量子初創公司可能正在創新具有強大計算能力的新型量子位元，但它們也需要解決如何擴展這些系統的問題。Imec 則展示了矽量子位元可以輕鬆擴展，並且不需要在量子計算技術方面的演變即可推出。

通過在 300 毫米兼容的製程中僅有 6 納米的間隙，Imec 使得在單一晶片上整合數百萬個量子位元成為可能。更重要的是，量子裝置的推廣可能會更加順暢，因為晶片製造商可以在不需要重大改造生產流程的情況下，從二進位位元轉向量子位元。量子未來也許不需要等到 2030 年。