国外CMOS量子芯片的新进展

2021-12-05 11:17:05 来源:EETOP
最近英国和美国签署了一项联合声明,旨在加强在量子科学和技术方面的合作,加大量子芯片的投入。

牛津仪器纳米科学是行业领先的量子技术支持工具制造商和供应商,最近宣布与 SeeQC、Quantum Motion和sureCore合作开展三个独立项目,以帮助量子技术的快速商业化和广泛采用。这些合作旨在推动企业应用量子计算解决方案的开发。该公司将利用其在复杂技术交付方面的悠久历史和专业知识,与这些行业领导者合作,为包括制药在内的许多行业开发量子技术密集型解决方案。

第一个项目是 SeeQC 主导的工业战略挑战基金(ISCF) QuPharma 项目,该项目获得了 680 万英镑(约合 905万美元)的资金,用于开发专用ASIC 量子计算机芯片,以彻底改变药物研发。该项目的主要目标是提高药物发现的速度和准确性。

由于用于药物相关研究的现有超级计算机的能力几乎不能满足行业要求,因此对量子计算的需求很大。除了满足这一需求外,这个由 SeeQC 领导的项目旨在利用低温工程专业知识为德国量子计算机公司默克制造一个量子计算机平台。

 

SeeQC 的示例 SoC。图片由SeeQC 提供

第二个项目是由 Quantum Motion 牵头的名为 Altnaharra 的为期三年的 UKRI 项目,用于基于 CMOS 技术的量子位集成控制和读出。该项目获得了 570 万英镑(约合 760万美元)的资助目,牛津仪器纳米科学公司与Quantum Motion公司的合作旨在开发一种基于超导电路、离子阱和自旋量子比特的技术,具有加快英国量子计算发展的能力。该项目产生的标准互补金属氧化物半导体(CMOS)代工厂制造的低温芯片将使整个量子计算产业得以发展,因为它们可以在绝对零度附近运行,而这一直是量子计算主流化的一个重大挫折。

牛津大学将支持的最后一个项目是由 sureCore 领导的 650 万英镑(约合 865万美元)资助的项目,旨在通过提供低温设计专业知识来促进量子计算的发展,以促进新的基于设计规则的低温 CMOS 解决方案。该项目的一个关键目标是有效处理与量子计算机生产规模相关的挑战,包括制造与超低温兼容的电子产品。

总的来说,牛津大学似乎正在选择那些有助于解决整个量子计算发展中的重大障碍的项目。现在我们已经知道了牛津大学希望从这些合作中获得什么,接下来让我们深入了解这三家公司为实现这些项目带来了什么。

SeeQC 的 SoC 解决方案

SeeQC是一家总部设在美国的成本效益和商业上可扩展的量子计算解决方案的制造商。该公司旨在通过提供有利于系统复杂性、成本和I/O数量最小化的数字芯片规模的功能集成,在量子计算方面取得重大进展。

它提供全面的量子技术相关的制造服务,已经设计了至少5000个独特的超导芯片

SeeQC 是一家总部位于美国的具有成本效益且可商业扩展的量子计算解决方案制造商。该公司旨在通过提供有利于系统复杂性、成本和 I/O 数量最小化的数字芯片级功能集成,在量子计算方面取得重大进展。

它提供全面的与量子技术相关的制造服务,已设计出至少 5,000 个独特的超导芯片

其中一些服务包括:

  • 纳米加工
  • 超导传感器工艺(即过渡边缘传感器 (TES) 和超导纳米线单光子探测器 (SNSPD))
  • 晶圆级定制制造
  • 超导和非超导多芯片模块工艺

今年,该公司披露了其在实现量子操作系统方面的突破,该系统利用了其创新的芯片级集成量子计算架构。在与英国Riverlane公司的合作中,SeeQC的这一发现确保了量子技术在低延迟下的显著小型化,从而实现快速商业化。此外,SeeQC的数字量子管理(DQM)片上系统(SoC)可以作为量子应用和算法的桥梁。

 

 

 

除了确保量子技术前所未有的可扩展性和成本效益外,这种基于芯片的管理功能集成有望提供新的量子计算功能。该公司利用其世界一流的芯片制造代工厂,通过将现有制造的专用电路与 DQM SoC 相结合,开发 3D 多芯片系统。

Quantum Motion 在 CMOS 芯片上的最新创新

Quantum Motion专注于设计兼容常规硅处理的量子计算架构,即该公司在经典计算材料(如硅)上实现量子计算能力。然而,该公司在其设计中考虑了超可扩展性,以实现邮票大小的量子比特技术。因此,开发一种量子计算技术非常适合处理各个领域的复杂问题,包括医学、化学和人工智能

最近,Quantum Motion 实现了基于 CMOS 芯片的量子点集成读出。

 

Quantum Motion 基于 CMOS 的低温 IC

Quantum Motion 基于 CMOS 技术的低温 IC 包含三个关键要素:

  • 量子点阵列
  • 专用的数字电子器件
  • 模拟LC谐振器

虽然该芯片提供了整体芯片面积最小化,但它可以执行量子点 (QD) 的分散电荷状态读出。通过在深低温下集成这些子系统(量子计算和经典电子),Quantum Motion 可以有效地解决与尺寸和 I/O 数据管理相关的挑战,消除对大规模硅量子计算实现的限制。

CryoCMOS IP:使用 SureCore 进行低功耗量子计算

SureCore 是 IP 公司,为其他行业领导者提供设计流程和低功耗工程方法,帮助他们满足严格的功率预算。该公司通过提供低功耗混合信号设计和低功耗静态随机存取存储器 (SRAM) IP 服务,确保IC设计界在其设计中满足功耗和严格的存储器要求。

SureCore 的技术旨在解决与低功耗 SRAM 相关的挑战,这些挑战约占工作功耗的 70%。因此,该公司多年来积累了专业知识和经验,以确保在各种应用和设备中实现高效的静态和动态功耗。

SureCore的创意CryoCMOS IP是一种可以充分加速量子计算广泛采用的设计。该 IP 适用于量子计算应用所依赖的低温操作。此外,该 IP 有望处理连接量子位与其相关控制电子设备的问题。

由于这些控制电子设备(传统 CMOS 工艺技术)在有限的温度范围(-40°C 至 125°C)内有效运行,因此为量子计算应用布线可能具有挑战性。然而,借助 CryoCMOS IP,设计人员可以实现无缝布线,因为该解决方案可以在低至 4°K 的温度下运行。

该 IP 提供的一些关键功能包括:

  • 最小的功耗
  • 标准单元库
  • 降低了低温恒温器的热负荷
  • 低工作温度范围(低至 4° K 或 -269.15° C)

推动更好的量子计算

随着牛津仪器纳米科学与这三个项目和公司的合作,量子计算领域可以受益于:

  • SeeQC的DQMSoC可以确保量子计算的高度可扩展性和制造的成本效益
  • Quantum Motion 基于 CMOS 技术的低温 IC,可消除大规模硅量子计算限制
  • SureCore 的 CryoCMOS IP 可实现低温兼容 CMOS 工艺技术的设计

通过与这些公司和创新合作,量子计算的商业化和大规模采用可能会更快到来。

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