國外CMOS量子芯片的新進展
2021-12-05 11:17:05 EETOP牛津儀器納米科學是行業領先的量子技術支持工具制造商和供應商，最近宣布與 SeeQC、Quantum Motion和sureCore合作開展三個獨立項目，以幫助量子技術的快速商業化和廣泛采用。這些合作旨在推動企業應用量子計算解決方案的開發。該公司將利用其在復雜技術交付方面的悠久歷史和專業知識，與這些行業領導者合作，為包括制藥在內的許多行業開發量子技術密集型解決方案。
第一個項目是 SeeQC 主導的工業戰略挑戰基金(ISCF) QuPharma 項目，該項目獲得了 680 萬英鎊（約合 905萬美元）的資金，用于開發專用ASIC 量子計算機芯片，以徹底改變藥物研發。該項目的主要目標是提高藥物發現的速度和準確性。
由于用于藥物相關研究的現有超級計算機的能力幾乎不能滿足行業要求，因此對量子計算的需求很大。除了滿足這一需求外，這個由 SeeQC 領導的項目旨在利用低溫工程專業知識為德國量子計算機公司默克制造一個量子計算機平臺。
第二個項目是由 Quantum Motion 牽頭的名為 Altnaharra 的為期三年的 UKRI 項目，用于基于 CMOS 技術的量子位集成控制和讀出。該項目獲得了 570 萬英鎊（約合 760萬美元）的資助目，牛津儀器納米科學公司與Quantum Motion公司的合作旨在開發一種基于超導電路、離子阱和自旋量子比特的技術，具有加快英國量子計算發展的能力。該項目產生的標準互補金屬氧化物半導體（CMOS）代工廠制造的低溫芯片將使整個量子計算產業得以發展，因為它們可以在絕對零度附近運行，而這一直是量子計算主流化的一個重大挫折。
牛津大學將支持的最后一個項目是由 sureCore 領導的 650 萬英鎊（約合 865萬美元）資助的項目，旨在通過提供低溫設計專業知識來促進量子計算的發展，以促進新的基于設計規則的低溫 CMOS 解決方案。該項目的一個關鍵目標是有效處理與量子計算機生產規模相關的挑戰，包括制造與超低溫兼容的電子產品。
總的來說，牛津大學似乎正在選擇那些有助于解決整個量子計算發展中的重大障礙的項目。現在我們已經知道了牛津大學希望從這些合作中獲得什么，接下來讓我們深入了解這三家公司為實現這些項目帶來了什么。
SeeQC 的 SoC 解決方案
SeeQC是一家總部設在美國的成本效益和商業上可擴展的量子計算解決方案的制造商。該公司旨在通過提供有利于系統復雜性、成本和I/O數量最小化的數字芯片規模的功能集成，在量子計算方面取得重大進展。
它提供全面的量子技術相關的制造服務，已經設計了至少5000個獨特的超導芯片。
SeeQC 是一家總部位于美國的具有成本效益且可商業擴展的量子計算解決方案制造商。該公司旨在通過提供有利于系統復雜性、成本和 I/O 數量最小化的數字芯片級功能集成，在量子計算方面取得重大進展。
它提供全面的與量子技術相關的制造服務，已設計出至少 5,000 個獨特的超導芯片。
其中一些服務包括：
今年，該公司披露了其在實現量子操作系統方面的突破，該系統利用了其創新的芯片級集成量子計算架構。在與英國Riverlane公司的合作中，SeeQC的這一發現確保了量子技術在低延遲下的顯著小型化，從而實現快速商業化。此外，SeeQC的數字量子管理（DQM）片上系統（SoC）可以作為量子應用和算法的橋梁。
除了確保量子技術前所未有的可擴展性和成本效益外，這種基于芯片的管理功能集成有望提供新的量子計算功能。該公司利用其世界一流的芯片制造代工廠，通過將現有制造的專用電路與 DQM SoC 相結合，開發 3D 多芯片系統。
Quantum Motion 在 CMOS 芯片上的最新創新
Quantum Motion專注于設計兼容常規硅處理的量子計算架構，即該公司在經典計算材料（如硅）上實現量子計算能力。然而，該公司在其設計中考慮了超可擴展性，以實現郵票大小的量子比特技術。因此，開發一種量子計算技術非常適合處理各個領域的復雜問題，包括醫學、化學和人工智能。
最近，Quantum Motion 實現了基于 CMOS 芯片的量子點集成讀出。
Quantum Motion 基于 CMOS 技術的低溫 IC 包含三個關鍵要素：
雖然該芯片提供了整體芯片面積最小化，但它可以執行量子點 (QD) 的分散電荷狀態讀出。通過在深低溫下集成這些子系統（量子計算和經典電子），Quantum Motion 可以有效地解決與尺寸和 I/O 數據管理相關的挑戰，消除對大規模硅量子計算實現的限制。
CryoCMOS IP：使用 SureCore 進行低功耗量子計算
SureCore 是 IP 公司，為其他行業領導者提供設計流程和低功耗工程方法，幫助他們滿足嚴格的功率預算。該公司通過提供低功耗混合信號設計和低功耗靜態隨機存取存儲器 (SRAM) IP 服務，確保IC設計界在其設計中滿足功耗和嚴格的存儲器要求。
SureCore 的技術旨在解決與低功耗 SRAM 相關的挑戰，這些挑戰約占工作功耗的 70%。因此，該公司多年來積累了專業知識和經驗，以確保在各種應用和設備中實現高效的靜態和動態功耗。
SureCore的創意CryoCMOS IP是一種可以充分加速量子計算廣泛采用的設計。該 IP 適用于量子計算應用所依賴的低溫操作。此外，該 IP 有望處理連接量子位與其相關控制電子設備的問題。
由于這些控制電子設備（傳統 CMOS 工藝技術）在有限的溫度范圍（-40°C 至 125°C）內有效運行，因此為量子計算應用布線可能具有挑戰性。然而，借助 CryoCMOS IP，設計人員可以實現無縫布線，因為該解決方案可以在低至 4°K 的溫度下運行。
該 IP 提供的一些關鍵功能包括：
推動更好的量子計算
隨著牛津儀器納米科學與這三個項目和公司的合作，量子計算領域可以受益于：
通過與這些公司和創新合作，量子計算的商業化和大規模采用可能會更快到來。
