儘管成熟的量子計算應用仍遙遙無期，但種種成果正在為其添磚加瓦。
英特爾表示已經在矽基量子處理器的開發工作中取得兩項進展，除了優化標準製造工藝之外，還開發出一種方法以測試整個300毫米晶圓上的各個器件質量。
這家位於聖克拉拉的晶片製造商，長期以來一直致力於研究量子電腦的自旋量子比特技術。這項技術能夠利用與經典處理器晶片相同的半導體製造工藝實現批量生產。
在《自然》雜誌上發表的一篇研究論文當中，這家晶片巨頭列出了最新技術進展，旨在推動公司向最終目標繼續邁出堅實有力的步伐——也就是為容錯量子電腦提供支持，正如英特爾在過去幾十年來為PC設備提供支持一樣。
英特爾表示，這些進步是通過低溫晶圓探針（又名冷凍探針）實現的——這是一個足以容納整片矽晶圓以供測試的低溫腔，於2022年10月首次對外展示。它能夠通過「新型統計方式」對矽量子比特器件進行「表徵」，據此對所生產器件的產量、均勻度及保真度進行疊代改進。
全晶圓探測一直是半導體行業的通行測試標準，但之前需要將大多數量子器件冷卻至極低溫度，因此只能做到逐個測試。
而英特爾表示，自旋量子比特陣列僅可提供少數量子點，而在實際量子應用當中，物理量子比特的規模需要大幅增加。這就要求製造技術必須能夠提供密度、體積和均勻度同當前包含數十億電晶體的處理器晶片相當的自旋量子比特器件。
根據之前英特爾方面的解釋，這是因為他們的量子點技術基於單電子電晶體。也就是將單個電子在電晶體柵極下方捕獲，並通過所謂自旋量子特性來表示量子比特。
英特爾在《探測300毫米自旋量子比特晶圓上的單電子（Probing single electrons across 300mm spin qubit wafers）》論文中，詳細介紹了該公司提出的一項優化型行業兼容工藝，能夠在矽/鍺（Si/SiGe）異質結構（基板）上製造自旋量子比特器件，外加一項可對完整300毫米半導體晶圓上的自旋量子比特器件進行批量數據收集的低溫探測工藝。
英特爾指出，這裡的「低溫」是指整片晶圓必須被冷卻至接近絕對零度以測量量子比特器件的特性。技術界直到不久之前才找到在如此極低溫度下進行晶圓探測的方法。
英特爾研究人員在本文中測試的自旋量子比特器件，是在英特爾位於俄勒岡州的D-1研發製造工廠負責製造——這裡也是晶片巨頭CMOS邏輯製程的開發基地。器件主材則是在300毫米矽片上生長的矽/鍺（Si/SiGe）襯底。
根據該論文，量子點柵極的圖案化是通過極紫外（EUV）光刻一次完成的，這使得研究人員能夠探索50納米至100納米的柵極間距。
為了實現更高產量，英特爾還將多項工業電晶體制程工藝組合起來。量子點由平面架構定義，其中用於受控積累的柵極被定義在一層當中，而柵電極通過高介電常數複合堆疊、又稱「高k堆疊」實現與襯底隔離，同時相鄰的柵極則通過「間隔」堆疊彼此隔離。
英特爾在論文中還詳細介紹了改善器件變化與性能的一種關鍵方法，即減少其高k堆棧中的固定電荷，並優化門層架構。該公司宣稱，可以通過限制沉積過程中間隔物工藝的溫度來減少固定電荷，從而減少高k堆棧在較低溫度下的結晶。
經過優化後，英特爾的研究人員對採用60納米柵極間距離構建的12量子點（12QD）器件進行測量以表徵其製造工藝。這些器件由十幾個量子點的線性陣列組成，四個相對傳感器點由中心隱藏門彼此隔離。
從描述來看，這裡使用的器件像是英特爾去年起交付給研究實驗室以供實驗的Tunnel Falls 12量子比特測試晶片。
量子點陣列可以充當各種自旋編碼中的物理量子比特進行操作，包括單自旋量子比特或僅交換量子比特（在四量子比特陣列當中）。論文還提到，根據自旋量子比特編碼，可以在器件中添加可選微磁體層，並由中心隱藏門提供微波電場以控制具有電偶極子自旋共振的量子比特。
為了分析這項製造工藝的良品率，英特爾表示其測試了晶圓上的總計232個12QD器件，具體涵蓋歐姆觸點、柵極、量子點以及完整12QD器件的組件良品率。
晶片巨頭同時提到，測試中使用的低溫探針來自低溫測試廠商Bluefors以及晶圓級測試公司AEM Afore，且與英特爾合作開發而成。這款探針能夠在約兩小時之內裝載300毫米晶圓並將其冷卻至1.0k的基礎溫度。
在測試過程中，首先使用晶圓台控制及機器視覺算法將單一器件同探針對齊。而後將晶片與探針接觸，在室溫條件下將其與電壓源以及電流/電壓檢測器連接。
在論文列舉的示例中，英特爾方面表示對大量柵極（超過1萬個）進行了測試，發現其在晶圓上可以正常工作，因此宣稱這證明了其柵極製造工藝的一致性。
測得的量子點良品率預計為99.8%，完整器件良品率（包含12個量子點的線性陣列與四個電荷傳感器）據稱為96%。
英特爾的這篇論文最後給出結論，認為憑藉高器件良品率與冷凍探針測試相結合，該公司能夠順利研究自旋量子比特並對其做出改進，從而消除由稀釋制冷機工作引發的良品率下降或由靜電導致的故障。
論文作者們指出，「使用冷凍探針進行批量測試有助於持續推進工藝優化，在減少變異與無序狀況的同時實現更先進的性能篩選，從而找到量子計算應用的前沿測試晶片。」
「總而言之，這些成果為當今自旋量子比特設備的規模和可靠性樹立了新的標準，並為未來更大、更複雜的自旋量子比特陣列的實現鋪平了道路。」
但這篇論文並未提及英特爾何時才能產出可用於製造可靠量子處理器的充足自旋量子比特矽片。不過這位晶片巨頭此前曾經透露，真正具備應用影響力的大規模、高可靠性量子技術「要到2030年之後」才會出現。
