近日，英国国家物理实验室（NPL）和英国量子技术环境的主要参与者Quantum Motion完成了一项研究，该研究展示了在低温下对数千个硅晶体管的测试结果，揭示了针对量子计算应用的芯片中必须考虑的状态变化。这将使支持量子计算机运行的新一代设备的制造成为可能。
量子计算领域需要从目前的研究系统（拥有少量量子比特，大约10-100个）转向能够充分利用量子计算所需的数量（10万以上量子比特）的系统状态。要达到这种状态，控制和连接大量量子比特进行交互的低温芯片将是必不可少的。只有在详细研究了设备在低温下运行的状态变化之后，这些芯片才可能被开发出来。NPL和Quantum Motion的研究解释了如何使用Quantum Motion设计的定制测试芯片来完成这项工作。
这项研究展示了一种高效收集用于新芯片设计建模和仿真所需数据的方法。它解释了如何使用芯片上的多路复用器来收集数千个器件的电气特性数据。这本质上是一个巨大的开关系统，用于选择阵列中的哪个设备连接到外部测量线路。这可以用来对比不同设计方案制造出的设备在操作时的不同运行参数，以及基于相同标准设计出的设备副本的可复制性。与传统的低温设备测试相比（即使用探针台的探针接触设备或冷却少量带有固定测量引线的设备），多路复用器方法速度更快。
这两家机构之间的合作最初是一个小型的量子测量项目，后来发展成为一个更大的合作项目，该项目是由国家量子技术计划和ISCF“Altnaharra”项目资助并作为Quantum Motion领导的多合作伙伴Innovate UK项目的一部分。这一合作汇集了Quantum Motion在电路设计方面的专业知识以及在 NPL 量子计划中开发的低温测试和测量能力，项目合作将产生有价值的半导体设备制造技术，这是英国的重点研发领域。
NPL 科学家 Jonathan Eastoe 说：“我很高兴以第一作者的身份发表了我的第一篇科学论文。该项目中开展的工作解决了整个量子行业面临的一个关键瓶颈，我对这项工作将带来的进展感到兴奋。使用 Quantum Motion 及其设备对我来说是一次宝贵的学习经历。很高兴能参与如此富有成效的合作。
Quantum Motion 的首席集成电路验证工程师 Grayson Noah 表示：“将我们用于开发低温设备模型的低温测试系统交由维护英国主要测量标准的同一机构进行测量，使我们对测试数据的质量和一致性产生了无与伦比的信心。”
该研究成果的详细信息已发表在《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》上。（DOI：10.1109/TIM.2024.3497143）
