Zurich Instruments 助力英特爾單電子量子元件研究

近日英特爾公司的量子硬體研究團隊開發出了一種新型的300毫米晶圓的低溫探測技術。這種技術借鑒先進的CMOS製造與測量工藝，在整個晶圓上高效收集自旋量子比特器件的性能資料。相關內容發表在 Nature 雜誌上。

在測試環節， 英特爾使用了蘇黎世儀器的 HDAWG 來產生控制量子比特的射頻信號，同時使用蘇黎世儀器的 MFLI 來讀取量子比特的狀態。

1. 如何探測：

英特爾科學家們開發了一套自動化控制門的操作方法，能夠自動分離和檢測片上的最後一個電子，然後進行器件品質的分析和優化。這種方法不僅顯著加快了表徵過程，還使得製造流程能夠迅速在單電子層面進行優化。通過多輪反覆運算優化，英特爾科學家們不僅提高了器件產量，還實現了量子點的高產量，證明了能夠在整個300毫米晶圓上成功隔離單個電子。

通過提高量子比特器件的產量並結合高通量測試工藝，研究人員能夠收集更多資料來分析器件的均勻性。這一步驟對於量子電腦的規模化發展至關重要。此外，研究還顯示，這些晶圓中的單電子器件在作為自旋量子比特使用時表現出色，實現了99.9%的門操作保真度——這是全CMOS工業製造的量子比特中所達到的最高保真度水準。這一工作標誌著向可擴展矽量子比特陣列邁進的重要一步，同時也展示了半導體工程的強大能力。

2. 產品介紹：

用於量子點表徵的MFLI 鎖相放大器

MFLI鎖相放大器能夠放大流過典型量子點的微弱電流，為多個振盪器設置不同的頻率可從解調信號中同時得到直流電導，低頻電導和柵極跨阻。數位轉換器功能可用於獲取快速電流軌跡，以實現單次自旋量子態讀出。

用於快速多工量子比特控制的HDAWG 多通道任意波形發生器

HDAWG 多通道任意波形發生器可以產生短脈衝以控制金屬柵極電壓，這些脈衝可用於控制量子點的能級和耦合，並驅動兩比特門。為抵消交叉耦合的影響，一些附加脈衝是必要的。HDAWG 可用于調製微波源，以實現單量子比特門，多個量子比特也可以通過頻率複用來操作。單邊帶調製方案與內部振盪器配合使用，可抑制鏡像頻率使頻譜更乾淨。

用於高保真度量子態讀取的UHFLI 鎖相放大器

使用射頻反射法在高頻段讀取自旋量子態，可以大大提高讀取速度。UHFLI 鎖相放大器可以產生 RF 讀取脈衝並讀取量子點的反射回應，以執行快速和高保真度的單次自旋量子態讀出。使用多工測量方案，UHFLI 可同時最多讀取 8 個量子點。解調信號的幅度或相位變化取決於電荷感測器的複阻抗，因此可以用於測量量子態。

參考資料來自:

1. 蘇黎世儀器中國
2. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07275-6