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近日，英特爾、Bluefors*和 Afore*合作推出了首款 Cryogenic Wafer Prober，這是一款量子低溫探測(cè)儀，旨在加快量子計(jì)算解決方案的研究。英特爾發(fā)現(xiàn)需要借助量子測(cè)試工具來(lái)收集更多關(guān)于量子芯片(即“量子位”)的數(shù)據(jù)。

量子計(jì)算面臨的最大挑戰(zhàn)之一就是數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)訪問。如今，每個(gè)量子處理器都會(huì)在低溫稀釋制冷機(jī)中接受數(shù)月的測(cè)試，以確定處理器是否工作。傳統(tǒng)晶體管的測(cè)試方式則截然不同。借助合適的工具，英特爾可以在一小時(shí)左右對(duì)300mm 晶圓上的晶體管較大子集進(jìn)行特征化提取，并迅速將反饋回路傳回到生產(chǎn)線。然而，對(duì)于量子計(jì)算，量子位的特性必須在接近絕對(duì)零度的低溫下才能測(cè)量。截至目前，量子位的電學(xué)特性描述與傳統(tǒng)晶體管相比非常緩慢，即使是小數(shù)據(jù)集的收集也常常需要幾天時(shí)間。

但是借助 Cryogenic Wafer Prober，英特爾能夠?qū)⒆詣?dòng)收集有關(guān)自旋量子位的信息所需的時(shí)間從幾周縮短到幾分鐘，這些信息包括量子噪聲源、量子點(diǎn)的質(zhì)量以及構(gòu)建自旋量子位的重要材料。

英特爾量子硬件總監(jiān) Jim Clarke 博士表示：“基于我們?cè)诰�體管工藝技術(shù)方面的專長(zhǎng)，我們認(rèn)為有必要為半導(dǎo)體自旋量子位建立一條 300mm 的大容量制造和測(cè)試線。我們專注于量子的可制造性和規(guī)模性，通過低溫探測(cè)儀的快速反饋，英特爾能夠加快在量子方面的科學(xué)研究。在過去的一年里，英特爾通過與 Bluefors 和 Afore 合作，結(jié)合我們的技術(shù)專長(zhǎng)，打造出了一個(gè)能夠在量子體系中運(yùn)行的快速電學(xué)表征描述工具。我們希望這款工具能夠幫助整個(gè)行業(yè)加快量子計(jì)算研究的進(jìn)展。”

Bluefors 是無(wú)冷凍劑稀釋制冷系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者并專注于量子計(jì)算。Afore 是芬蘭領(lǐng)先的微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 測(cè)試解決方案提供商。英特爾與這兩家公司合作設(shè)計(jì)并制造了該探測(cè)儀。作為第一款量子計(jì)算的測(cè)試工具，Cryogenic Wafer Prober 能夠讓研究人員在低至幾開氏度的環(huán)境下測(cè)試 300mm 晶圓上的量子位。首款 Cryogenic Wafer Prober 將與幾臺(tái)量子計(jì)算稀釋制冷機(jī)共同部署在英特爾的俄勒岡園區(qū)。

“一年多以前，英特爾聯(lián)系了我們，希望尋找一種能夠在幾開氏度的環(huán)境下探測(cè) 300mm 晶圓的工具，”Bluefors 首席銷售官兼首席科學(xué)家 David Gunnarsson 博士說(shuō)，“這確實(shí)是一個(gè)挑戰(zhàn)，為了能夠開發(fā)出這樣的工具，我們聯(lián)系了另一家芬蘭公司 Afore，該公司在專業(yè)化晶圓探測(cè)系統(tǒng)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。我們共同構(gòu)想出低溫晶圓探測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案，并且現(xiàn)在已經(jīng)制造并組裝好了這款儀器。我們十分興奮，很期待看到這款工具將為量子計(jì)算的未來(lái)帶來(lái)的進(jìn)步。”

通過Cryogenic Wafer Prober對(duì)多個(gè)英特爾量子位設(shè)備進(jìn)行特征提取的初始數(shù)據(jù)顯示，與室溫下相比， 300mm 晶圓在低溫下的量子位柵極“開啟”所需的電壓會(huì)增加。（圖片來(lái)源：英特爾公司）

在首次演示低溫晶圓探測(cè)儀的效用時(shí)，英特爾在俄勒岡州 300mm 生產(chǎn)線上，對(duì)英特爾硅芯片量子位制造流程中制造的晶圓上的100多個(gè)量子位結(jié)構(gòu)的電學(xué)開啟特效進(jìn)行了測(cè)量。附圖顯示出這款工具收集大容量低溫?cái)?shù)據(jù)的突出能力，并建立了室溫和低溫之間開啟電壓增加的統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性。有了這款工具，英特爾將能夠加快對(duì)硅芯片自旋量子位生產(chǎn)線的反饋，并加快量子計(jì)算的研發(fā)。