imec发力量子技术，推进硅基系统量产落地

在2026年国际半导体技术论坛（ITF World）上，imec发布了全球首款采用高数值孔径极紫外光刻（High-NA EUV）制造的量子点量子比特器件，将半导体行业最顶尖的制造工艺引入精密的量子计算领域。

本次研发利用高数值孔径极紫外光刻工艺制备硅量子点自旋量子比特，其控制栅极之间的间距约为6纳米，仅相当于几十个硅原子的宽度。imec表示，更小的栅极间距能够强化量子比特之间的耦合与控制效果，同时推动这类器件向可规模化半导体制造方向迈进。

这项技术突破不仅具有里程碑意义，也折射出整个量子行业正在发生的深层转变：行业发展正从孤立的物理原理验证，转向大型系统工程研发。

“全球范围内，量子技术正逐步从实验室走向量产工厂。”imec量子计算项目负责人、鲁汶大学电气工程教授Kristiaan De Greve在接受采访时表示。他提到，行业正努力将量子器件从高校式的独立实验场景，迁移至管控标准严苛的先进半导体产线中。

从物理实验迈向可量产系统

过去十年间，各大量子计算企业基于多种技术路线研发出性能愈发完善的量子比特，主流方向包括超导、离子阱、中性原子、光子以及硅基自旋量子比特。

如今行业面临的核心难题，已不再是验证单个量子比特能否正常工作，而是如何实现规模化量产，打造由数百万个互联器件组成的完整系统。目前绝大多数量子设备仅搭载数百个物理量子比特，距离大规模容错量子计算机所需的数百万量级仍有巨大差距。

规模化发展的需求，让半导体工程师熟知的各类问题成为行业焦点：互联密度、控制电路、热管理、可制造性、封装技术以及纠错开销等。

De Greve说道：“现阶段，我们不再局限于单一实验室原理验证，而是要探索真正落地量产的可行路径。”

Zapata Quantum首席执行官Sumit Kapur也认为，整个行业都在经历从实验样机到规模化工程应用的转型。“过去十年，量子行业主要聚焦硬件参数，比如量子比特数量、相干时间与错误率。”Sumit Kapur表示，“但想要实现商业化普及，就必须完成系统的搭建、控制与规模化运行。在这一阶段，可制造性、系统集成与软件栈，将和底层物理技术同等重要。”

imec的研发思路依托这样一个理念：硅基自旋量子比特有望充分借力半导体行业数十年积累的CMOS制造、光刻、工艺管控、封装及集成技术。“如果能合理复用整个半导体行业的技术经验与设备体系，我们就能为大型量子系统的落地奠定长期基础。”De Greve说道。

凭借与现有半导体产业链高度适配的特性，硅基自旋量子比特也被业内称作“产业型量子比特”。目前量子领域仍并存多条竞争赛道，除硅基路线外，超导、离子阱、中性原子、光子等技术路线也都在持续发展。

Kapur认为：“不会出现某一种技术独霸市场的局面。不同路线各有优势，有的运算速度更快，有的精度更高，有的成本更低，且各自的技术成熟进度也不尽相同。”

高数值孔径极紫外光刻的核心价值

imec此次成果中，高数值孔径极紫外光刻的价值，并不体现在传统晶体管微缩上，而是对量子计算更为关键的一点：以半导体级别的精度、良率与集成密度制备量子比特结构。

硅量子点量子比特依靠尺寸极小、管控精度极高的栅极结构实现电子的束缚与操控。栅极间距不断缩小，相邻量子点之间的耦合效应会呈指数级增强，器件可控性与整体性能也随之提升。

De Greve表示：“如今利用成熟制造工艺，就能满足量子比特对窄节距、小栅极间距的严苛要求。”

以往同类结构的研发大多采用电子束光刻，该工艺虽精度出色，但难以实现经济化大规模量产。而高数值孔径极紫外光刻原本用于打造全球顶尖的AI芯片与逻辑芯片，整套设备体型堪比巴士，光学系统更是达到原子级加工精度。

集成技术成为下一发展瓶颈

量子比特本身只是难题的一部分。随着量子系统规模扩大，大量量子比特的控制与互联难度陡增，尤其设备需要在接近绝对零度的稀释制冷机中运行，挑战更为突出。

当下最亟待解决的工程难题，是简化室温电路与低温量子系统之间错综复杂的线缆连接。针对该问题，imec正研发低温CMOS控制芯片、先进三维集成技术，以及专为低温工况设计的混合键合工艺。该机构已实现控制模块与量子比特模块的高密度集成键合，同时尽量降低热干扰与电气噪声。“我们在低温CMOS和低温三维集成领域投入了大量研发力量。”De Greve说道。

研究团队还在探索新型材料与集成方案，在实现控制单元与量子比特电气连通的同时，阻断制冷系统内部不同温区之间的热量传递。超导体及特种材料有望隔绝毫开尔文温区的量子比特层，与温度相对更高的控制电路层之间的热交换。

架构与互联设计同样关键。imec正在研发多线性阵列与传输总线结构，用以优化量子比特间的通信能力，同时改善大规模二维阵列布线复杂的问题。这也让行业逐渐意识到，量子系统的规模化发展，不仅取决于单个量子比特的物理性能，更离不开整套系统工程设计。

Kapur补充道，行业仍面临诸多挑战：高保真度量子纠错、高精度控制电路、分布式量子网络，以及能够充分发挥复杂系统性能的应用软件。

依托高数值孔径极紫外光刻工艺制成的量子比特阵列，控制栅与势垒栅间距仅6纳米

量子计算融合半导体产业生态

行业对于量子技术的发展节奏判断也在逐步转变。五年前，业内普遍将有噪声中等规模量子（NISQ）视作短期商业化的主要方向。如今越来越多研究人员认为，行业最终需要搭载大规模量子纠错功能的全容错架构。

De Greve表示：“我们逐渐意识到，有噪声中等规模量子系统并非最终解决方案，必须研发具备完整纠错能力的全容错量子系统。”

这一判断进一步凸显了规模化制造与集成技术的重要性——量子纠错机制会大幅增加物理量子比特的用量，才能构建出稳定的逻辑量子比特。

imec认为，能否打造出支持高效纠错的可量产硬件，将成为未来企业拉开差距的核心竞争力之一。其影响范围也远超初创量子企业。如果大型量子系统必须依托半导体级别的制造精度，那么先进光刻、封装、低温电子器件与异质集成技术，就会像当下在AI、高性能计算领域一样，成为量子竞赛中的核心优势。

这也让imec、阿斯麦（ASML）等机构与企业，逐步走到长期量子硬件发展路线图的核心位置。“想要实现大型系统量产，固态量子系统会具备显著优势。”De Greve指出，未来胜出的技术架构，一定是制造效率最高、量产稳定性最好的方案。

当然，硅基自旋量子比特能否最终成为主流路线，目前仍未有定论，多条技术路线仍在同步角逐。但imec的这项研究足以说明：未来量子计算的进步，除了依赖量子物理领域的突破，也将深度依托现代半导体产业积累的整套工业技术体系。