中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院的一項最新研究成果，在量子計算領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。該校程林教授攜手澳門大學(xué)羅文基教授的研究團隊，在超低溫量子接口基準電路技術(shù)上取得了重大突破。
該研究團隊成功研發(fā)出一種無需修調(diào)的超低溫低功耗CMOS電壓基準電路，該電路能夠在極端溫度條件下保持高精度穩(wěn)定輸出。這一創(chuàng)新成果不僅為量子計算的規(guī)模化應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)支持，還發(fā)表在了固態(tài)電路領(lǐng)域的權(quán)威期刊上。
在量子計算領(lǐng)域，尤其是超導(dǎo)量子計算機，為了降低熱噪聲對量子比特的影響，通常需要在接近絕對零度的環(huán)境下運行。這就要求量子計算機具備大量高保真量子位和控制接口電路，以確保信號在室溫的經(jīng)典域和低溫的量子域之間高效傳遞。然而，基準電路作為接口電路模塊的核心部分，其性能穩(wěn)定性直接關(guān)系到量子計算機的可靠性。
傳統(tǒng)標準CMOS器件在超低溫環(huán)境下會出現(xiàn)一系列問題，如閾值電壓漂移、非線性效應(yīng)加劇等，這些問題使得量子接口基準電路的適應(yīng)性面臨巨大挑戰(zhàn)。為了克服這些難題，研究團隊提出了一種全新的解決方案，設(shè)計了一種具有自補償功能的超低溫低功耗CMOS電壓基準電路。
該基準電路在300K至4K的超寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出色，不僅實現(xiàn)了高精度電壓輸出，還展現(xiàn)出了卓越的魯棒性。通過采用標準CMOS 180nm工藝，研究團隊共測試了兩個批次的80枚芯片。測試結(jié)果顯示，該基準電路僅需單次模型校準，即可實現(xiàn)跨批次免修調(diào)操作，其平均溫度系數(shù)為76.9ppm/K，電壓波動僅為0.72%，溫度和工藝精度均達到了極高水平。
該基準電路在300K到4K的工作范圍內(nèi)功耗極低，僅為195-304nW，輸出電壓均值為1.045V。在標準CMOS工藝下，該電路實現(xiàn)了納瓦級的超低功耗，同時對工藝、電壓和溫度變化具有出色的穩(wěn)定性。這一特性使得該電路能夠以較低的成本集成到量子接口電路以及用于超低溫環(huán)境下的宇航探測等芯片中，為這些應(yīng)用提供了可靠的解決方案。
研究團隊的創(chuàng)新不僅在于電路設(shè)計本身，更在于他們提出的自補償技術(shù)，該技術(shù)有效解決了超低溫環(huán)境下CMOS器件性能不穩(wěn)定的問題。這一突破不僅為量子計算領(lǐng)域帶來了福音，也為其他需要在極端條件下工作的電子設(shè)備提供了有益的參考。
隨著量子計算技術(shù)的不斷發(fā)展，對高性能基準電路的需求將日益增長。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與澳門大學(xué)聯(lián)合研究團隊的這一成果，無疑為量子計算的未來應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
