美国斥巨资，豪赌量子芯片

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美国商务部已最终确定向IBM今年早些时候成立的量子芯片代工厂Anderon提供高达10亿美元的研发资助，该资助符合《芯片与科学法案》的要求。9月16日发布的公告旨在支持Anderon为IBM和其他量子硬件开发商提供制造服务。

IBM将以10亿美元现金匹配该项投资，并贡献知识产权、资产和熟练工人。Anderon总部位于纽约州奥尔巴尼，其首席执行官Mukesh Khare表示，Anderon依托于IBM在奥尔巴尼纳米科技中心（Albany NanoTech）的现有业务，IBM已在该中心生产量子晶圆五年多。现有的基础设施帮助Anderon顺利起步：其首批晶圆已在一条300毫米的生产线上进行量产。

卡雷表示：“量子计算正在从科学研究走向真正的商业应用。这意味着该行业也需要更稳定的量子芯片制造渠道。”

如果 Anderon 成功，它就能像台积电改变传统芯片一样改变量子硬件：让各公司专注于芯片设计，而无需各自斥资数十亿美元建造底层硬件工厂。

自动化量子晶圆厂能提供什么？

IBM表示，从2021年开始，将大部分量子晶圆研发工作从位于纽约州约克镇高地IBM研究院总部的200毫米晶圆制造实验室转移到奥尔巴尼的300毫米生产线，使芯片开发速度提高了一倍，芯片的物理复杂性也提高了十倍。全天候的生产流程缩短了制造周期，而先进的制造技术则实现了更复杂的布线和量子比特连接。Anderon充分利用了奥尔巴尼纳米科技公司的制造能力以及IBM自2016年以来部署90多个量子系统的经验。现在的挑战是如何将这些能力扩展到外部设计人员。Anderon的潜在客户包括没有晶圆厂的处理器开发商、系统集成商和国家实验室。即使是拥有自己手工芯片制造设施的公司，也可能对将制造外包给自动化晶圆代工厂感兴趣。例如，据Rigetti Computing首席执行官Subodh Kulkarni透露，另一家获得CHIPS Act研发奖的公司正在与Anderon洽谈合作。

Rigetti目前在其位于加州弗里蒙特的工厂使用150毫米晶圆进行手动芯片制造。Kulkarni表示，其良率接近50%，他认为这对于规格频繁变化的研发来说“足够好”。但Anderon承诺提供更可靠的自动化芯片生产，像Rigetti这样的公司可以保留这些芯片以推进自身的芯片研发。“我们认为这非常有吸引力，”Kulkarni说，“不是因为产能，而是因为它的能力。”

与传统的硅晶圆代工厂一样，安德龙计划提供工艺设计套件（PDK），其中详细说明了设计人员使用其制造工艺必须遵循的规则。“他们设计，我们制造，”卡雷说道。他还表示，安德龙也将提供定制服务，并会保护客户的知识产权，保持中立运营，即使是IBM的竞争对手也不例外。

要使该模型有效运行，需要可预测的制造工艺。对于超导量子比特而言，关键组件是约瑟夫森结，它由两个超导体组成，中间由一层薄的绝缘势垒隔开。结面积和势垒厚度的变化会改变临界电流和量子比特频率，可能导致不必要的频率重叠，从而降低芯片良率。

Anderon 的自动化生产线可以通过可重复的图案化、沉积和氧化工艺来控制偏差，并利用在线测试来识别工艺漂移。但 Kulkarni 表示，客户还需要衡量量子比特性能的实际提升。

许多制造设备与硅芯片制造设备重叠，但超导电路需要特殊的材料和工艺步骤。安德龙公司宣称其产品包括超导量子比特阵列、微波元件和硅通孔连接。但要将制造能力扩展到其他量子技术，例如囚禁离子或光子量子比特，则需要额外的工艺开发，而安德龙公司尚未公开详细说明这些工艺。

荷兰代尔夫特理工大学的利文·范德西彭表示，半导体自旋量子比特已经可以在传统的芯片生产线上制造，而超导量子比特则需要专门的步骤，可能需要新的开发。

范德西彭表示，专门的量子设施可以分摊成本，并支持开发针对量子器件优化的工艺流程。“了解如何实现这种转变是及时且重要的，”他说。

单凭制造能力不足以让 Anderon 成为台积电的量子计算巨头。它还需要 IBM 以外的持续需求。设计者们还有其他选择。Vandersypen 指出，QuantWare 投资建设了自己的晶圆级生产设施，而比利时的imec则提供原型量子芯片，而非追求大规模生产。“时间会证明哪种模式会胜出。或许两者会并存，”他说道。

美国商务部正在支持多项举措，以增强美国在全球量子市场的竞争力。虽然安德龙公司获得的拨款是迄今为止最大的一笔，但商务部已最终确定向格罗方德公司提供高达3.75亿美元的资金，并分别向瑞格蒂公司、 D-Wave公司、Quantinuum公司和PsiQuantum公司提供高达1亿美元的资金。这些拨款将用于支持多种量子架构的制造，并解决包括读出电子器件、低温恒温器、超导材料、光学元件和光子封装在内的瓶颈问题。共享晶圆制造是这项更大规模工程计划的一部分。

Khare表示他可以在年底前向外部客户交付晶圆。对于像Rigetti这样的潜在客户来说，考验在于这些芯片能否可靠地满足日益严苛的设计要求。正如Kulkarni所说：“如果我们提高规格，良率会是多少？”

（来源：编译自IEEE）

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