imec技術照亮新創Diraq的量子晶片實用設施應用道路
前言：
利用先進工業製造方法製成的矽量子位元滿足了關鍵的性能標準，為功能性量子電腦的量產鋪墊發展道路。
2025年9月24日-- 比利時微電子研究中心（imec）與矽基量子運算新創Diraq展示了透過產業工藝製造的矽量子點量子位元一致表現優於量子糾錯所需的錯誤率。這些發佈於《自然》期刊的研究成果顯示Diraq所研發的量子位元能利用矽微晶片產業的工具來可靠製造，證實imec用來開發大規模矽基量子電腦的工業製造技術所具備的發展潛力。
由Diraq設計的元件借助imec在自旋量子位元製造所累積將近10年的謹慎優化與工程經驗，在操作雙量子位元（qubit）的運算一致顯示達到超過99%的保真度。這項創舉由imec先進的自旋量子位元技術平台所推動實現，為Diraq邁向實用設施規模的關鍵一步—量子電腦的價值超越其成本的時機。
量子晶片新創Diraq的執行長暨創辦人Andrew Dzurak表示：「要達到量子運算的實用設施規模有賴於找出量產高保真度量子位元的商業可行方法。Diraq與imec建立的合作表明，矽基量子電腦可以借助發展成熟的半導體產業來建立，這為含有上百萬個量子位元的晶片開啟一條具備成本效益的發展途徑，同時達到保真度最大化。」
技術摘要
量子運算的保真度把實際運算及其理想版本之間的差距量化，也是實現大規模量子電腦的關鍵指標。理想狀態下，保真度必須在所有運算中（遠）超過99%。這樣的錯誤才夠稀少來讓量子糾錯方法成功運作。在此項研究中，保真度經過再現測量，包含針對多裝置量子位元狀態準備與測量（state preparation and measurement，簡稱為SPAM）的一系列矽量子點自旋量子位元運算，以及在這些量子位元進行的單量子位元與雙量子位元閘極運算，以控制其狀態並糾纏這些量子位元—實現實用設施等級的量子電腦所需的基本運作。SPAM運算達到了超過99.9%的保真度，而單量子位元與雙量子位元閘極運算的保真度也有系統地顯示超過99%，這讓採用產業工藝製造的量子點量子位元元件的量子糾錯因此成真。
一般來說，在學術無塵室製造的量子元件會根據其品質來挑選用於測量，這種過程會產出「超群」元件，隱藏了研究結果的可再現性。在此次發表的《自然》期刊論文，Diraq測量了隨機選出的元件，從多組雙量子位元元件取得可再現資料，每個元件包含一個雙量子點結構。這些元件採用imec針對矽量子點結構開發的12吋自旋量子位元平台來製造，鎖定低電性雜訊和高均勻度進行優化。另外，為了抑制源自基板內部殘留核自旋的磁性雜訊，這些量子點結構在一層經過同位素濃化的28矽層上製造。
imec技術院士暨量子運算研究計畫主持人Kristiaan De Greve表示：「透過工業製造技術製成的矽基金屬氧化物半導體（MOS）量子點自旋量子元件首次表現出與學術超群元件一樣好的性能。這表示imec為MOS型量子點結構開發的12吋製程流程能提供具備低雜訊的量子位元環境，為一系列的量子位元關鍵運算帶來高保真度的數值。這次採用的方法及從中獲得的洞見也讓我們看到保真度還有更多的改良空間，因為利用矽28來進一步加重矽通道層的同位素濃化可以達到更高的保真度。」
圖一：Diraq在12吋晶圓上開發的雙量子位元元件示意圖，顯示完整的晶圓、單顆晶粒與單一元件等級（Dumoulin Stuyck等人，《自然》期刊，2025年）。
Diraq簡介
Diraq為全球領先開發商，借助超過20年研究所發展出的專利技術，運用矽量子點技術來建立量子處理器。Diraq為私人企業，成立於2022年，總部設於澳洲雪梨，在美國加州帕羅奧圖與麻州波士頓設有營運據點。其方法仰賴現有的矽製程，又稱為互補式金氧半導體（CMOS），被晶圓代工廠用來製造目前的半導體組件。透過提供資金給現有的大量晶片製造技術和半導體製造能力，Diraq正在加速實現可以顛覆我們所知運算的改變。Diraq的平台架構具備明確目標：驅動降低成本與能耗障礙所需的重大製造技術進展，以及實現量子運算在社會與經濟方面的完整潛能，開闢更快速、更低價的上市發展道路。Diraq的目標是推動量子運算的發展變革，方法是驅動單一晶片的量子位元數量增長到上百萬，最後達到實現有用商業應用所需的數十億。
有關量子晶片新創Diraq的更多訊息，請到www.diraq.com。
