總部位於法國格勒諾布爾市(Grenoble)的Leti是法國CEA Tech旗下三大先進研究機構之一,該研究機構將在今年的國際電子元件會議(IEDM 2016)上發表「以SOI技術實現量子資訊處理」的最新研究成果與細節。

20161201 Qbits NT02P1 緣上覆矽(SOI)奈米場效電晶體(FET)的3D示意圖——具有兩個閘極,其中之一用於操縱,另一閘極用於讀取量子位元。 (來源:Leti)

「我們已經證實利用標準CMOS製程產線製造量子位元可為未來打造量子電腦的概念了,」Leti先進CMOS經理Maud Vinet表示。

Leti成功的關鍵在於使用了超冷的全耗盡型絕緣上覆矽(FD-SOI),製造出可儲存與處理自旋編碼的量子點。這項成就發表於「CMOS矽自旋量子位元」(A CMOS silicon spin qubit)一文,並由Leti攜手委內瑞拉國家民航研究所Inac與格勒諾布爾大學(University of Grenoble)等研究團隊共同撰寫。

20161201 Qbits NT02P2 在製造閘極與間距後透過掃描電子顯微(SEM)取得的量子位元元件俯視圖 (來源:Leti)

進一步解釋,量子位元的製造方式是在雙閘極配置採用p型電晶體,以及使用未摻雜通道的電晶體。當冷卻至低溫(但不使用超導性)時,第一個閘極作為量子點編碼電荷載子(電洞)旋轉—量子位元。其量子狀態是由相位可調諧的微波調變加以定義。第二個內部閘極則為讀取第一個量子位元提供了簡單的方法。Leti宣稱,藉由採用p型材料(取代n型材料)在電洞電荷載子編碼自旋,可使讀取電路減少到單一閘極。

超導閘極已經被D-Wave以及其他公司用於編碼量子位元了,但Leti宣稱其研究成果並未使用超導體,而是以標準的量子點編碼量子位元。因此,該公司宣稱為「利用標準CMOS製程創造量子運算的『超越摩爾定律』(More than Moore)新時代」開啟了大門。

20161201 Qbits NT02P3 雙閘極量子位元元件的縱剖面TEM影像圖 (來源:Leti)

歐盟(EU)目前也正著手開發一種超冷的基礎架構,期望為未來整合量子與一般數位電腦的CMOS量子電腦實現商用化。其應用領域包括平行處理、量子加密、資料庫搜尋,以及為其他科學領域模擬實體量子過程。

編譯:Susan Hong

(參考原文:1st Qubits on 300mm CMOS,by R. Colin Johnson)