全球首款采用High NA EUV制造的量子比特器件问世

这项研究旨在解决当今量子计算面临的最大挑战之一：可扩展性。

imec宣布开发出全球首款采用高数值孔径极紫外（High NA EUV）光刻技术制造的量子点量子比特器件。该成果在ITF World大会上发布，标志着利用先进半导体制造技术实现量子计算硬件产业化进程中的一个重要里程碑。这些先进半导体制造技术目前正用于未来的人工智能和高性能计算芯片。

这项研究旨在解决当今量子计算面临的最大挑战之一：可扩展性。尽管量子系统在解决经典计算机无法处理的复杂计算问题方面展现出巨大潜力，但构建一台实用的量子计算机需要数百万个可靠且相互连接的量子比特。Imec 的研究重点是硅量子点自旋量子比特，它们通常被称为“工业量子比特”，因为它们可以使用与 CMOS 兼容的半导体工艺制造，而 CMOS 工艺已广泛应用于现代芯片制造。这种兼容性最终将使量子硬件能够受益于数十年来半导体规模化基础设施和制造技术的发展。

新方法的主要优势之一是利用高数值孔径极紫外光刻技术来制造稳定量子比特运行所需的极其微小且精确的结构。研究人员成功制造了控制电极间隙小至6纳米的功能性量子比特网络。减小这些间隙可以提高相邻量子点之间的耦合强度，同时最大限度地减少可能破坏量子信息稳定性的环境噪声。研究团队表示，理论上，这种纳米级尺寸可以将数百万个量子比特集成到单个芯片上。

除了小型化之外，这项工作还展示了在可重复的300毫米晶圆兼容量子制造方面取得的进展，而不仅仅是孤立的实验室原型。imec的项目负责人兼量子集成工程师Sofie Beyne表示：“我们可以利用数十年来半导体领域的创新成果，并重复利用整个硅基器件微缩生态系统，将量子器件从实验室实验推向大规模、可制造的系统。”

随着量子计算技术从实验室原型研发迈向工业化规模化量产，硅基自旋量子比特凭借与传统CMOS工艺高度兼容、相干时间长、制造材料稳定等优势，成为当前最具备产业化潜力的量子比特技术路线。而量子比特的核心性能高度依赖纳米尺度的精密物理结构，器件微小的形貌偏差、边缘粗糙度、尺寸不均匀性都会引发电荷噪声、自旋扰动等问题，直接破坏量子相干性，降低比特保真度，这也对光刻制造工艺提出了远超传统先进逻辑芯片的严苛要求。在此行业背景下，High NA EUV高数值孔径极紫外光刻技术成为高端量子比特器件制造的必需工艺，也是未来实现大规模、高一致性、高稳定性量子芯片量产的核心技术支柱。

相较于传统NA 0.33 EUV、电子束光刻等制备方式，High NA EUV凭借极致的光刻分辨率、优异的图案均匀性、高精度套刻能力以及成熟的晶圆量产体系，精准适配量子比特器件的特殊制造需求。

从器件物理结构层面来看，硅基量子比特的核心组成部分为纳米级栅极阵列与量子点约束结构，需要在硅基底上制备排布密集、间隙极小的控制电极，以此精准约束电子自旋、调控量子点之间的耦合作用。量子比特的耦合强度对电极间隙高度敏感，间隙尺寸微小波动便会造成耦合效率大幅偏差，只有将栅极间隙控制在6nm及以下，才能保障相邻量子比特实现高效、可控的耦合，为高保真度双比特逻辑门运算奠定物理基础。传统NA 0.33 EUV光刻受限于数值孔径，工艺极限分辨率仅能达到8至10纳米，无法满足量子比特极小间隙的制备要求，而High NA EUV将数值孔径提升至0.55，可实现5纳米以下的极致分辨率，能够稳定制备高精度微纳电极结构。

与此同时，该光刻技术具备亚纳米级的边缘粗糙度控制能力与全局图案均匀性，能够最大限度减少器件结构缺陷，从源头抑制电荷噪声与自旋噪声，有效延长量子态相干时间，解决了量子比特器件噪声大、稳定性差的核心痛点。

*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。