电子科大联合中微达信在低温量子测控芯片领域取得重要突破，并被世界集成电路设计领域顶会ISSCC录用

光子盒研究院出品

金秋十月，我国沉浸在丰收的喜悦之中，量子科研界也传来了好消息。电子科技大学电子科学与工程学院王成教授课题组联合成都中微达信科技有限公司研制的量子计算测控频率产生芯片被世界集成电路设计领域顶会——国际固态电路会议 (International Solid-State Circuits Conference，ISSCC) 录用，开启了国内低温CMOS（Cryo-CMOS, 1-4K温区）集成量子测控芯片发展的新篇章。

论文被ISSCC录用

电子科技大学王成教授团队联合成都中微达信科技有限公司已于2021~2022年开始成功实现了数次基于标准体硅CMOS工艺和SiGe BiCMOS工艺的低温测控芯片流片。本次录用论文为Cryo-CMOS压控振荡器核心电路，为后续自主知识产权大规模低温测控阵列芯片的研制打下了坚实的基础。

电子科技大学在读学生张耕南阳是论文第一作者，王成教授为论文通信作者，成都中微达信科技有限公司林海川博士是论文第二作者。

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量子计算测控：从常温到低温

量子计算提供终极计算能力，具有革命性和战略性。近年来，以超导、硅基量子计算体系为代表的量子计算技术蓬勃发展，超导量子计算的物理比特数从几年前的几个量子比特发展到两年前的数十个量子比特，再到当前国际领先团队的上百量子比特，IBM、谷歌及国内部分超导量子计算研究机构已有明确的千量子比特路线图，人类正在通往百万量子比特通用量子计算的道理上坚定前行。

前行过程中遇到的重大挑战之一就是如何在千比特以上实现量子计算测控系统与极低温制冷机内工作的量子计算芯片之间的大规模互连并保障稳定工作，近年来兴起的Cryo-CMOS集成电路芯片成为了该重大瓶颈问题的解决途径和研究热点。

Cryo-CMOS集成电路和测控系统可以工作在1~4K极低温温区，从而解决量子计算中大规模物理量子比特的可扩展性问题，按照表面码(Surface Code)架构实现物理量子比特的纠错，以实现高保真度的逻辑量子门。

该领域代表性工作是英特尔在2019年底推出的Horse Ridge I低温量子控制芯片，该芯片主要面向量子计算机内部电子设备与互联控制，以降低这部分电路的复杂性。2021年英特尔又推出新一代Horse Ridge II低温量子控制芯片，该芯片采用了22nm的低功耗FinFET工艺(22FFL)，并在低至4K的温度下通过了验证。此外，代尔夫特理工大学(TU Delft)、谷歌、马萨诸塞大学(UMass)、浦项科技大学(POSTECH)等国际上知名高校和企业纷纷建立了自己的Cryo-CMOS研究团队。由于该方向对于量子计算的重要性，为此ISSCC会议近两年还增设“Session：Cyro-CMOS for Quantum Computing”进行专题研讨。

国外团队的相关成果。图片来源：中微达信

电子科技大学王成教授团队联合成都中微达信科技有限公司，在国内率先开展了Cyro-CMOS量子计算测控芯片的前沿创新研究工作，制定了分三个阶段的发展计划，并于2021~2022年开始成功实现了数次基于标准体硅CMOS工艺和SiGe BiCMOS工艺的低温测控芯片流片。

量子计算测控的三个发展阶段

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最新突破：抑制低温闪烁噪声

当前量子计算硬件需要高频率稳定度、低同步误差的微波频率源实现大规模量子比特芯片的激励和反射测量读取。虽然低温环境(1-4K)有助于减少频率产生的热噪声，但是标准体硅CMOS晶体管的闪烁噪声在低温环境下显著增加，限制了低温锁相环的频率稳定性。而SiGe BiCMOS工艺的异质结双极型晶体管在低温下具有低闪烁噪声，然而其混合信号集成度较CMOS低，不利于大规模测控系统集成。本次录用论文为Cryo-CMOS压控振荡器核心电路，其以精准的低温器件建模为基础，通过构建平衡的低耦合共模谐振器，实现了宽带二次双谐振峰和窄带三次谐振峰的同时对焦，以达到低温闪烁噪声抑制。实测结果显示，其在标准65nm CMOS工艺上实现了目前公开文献报道的最佳Figure-of-the-Merit (FoM) 202dBc/Hz。

本次ISSCC录用论文开创了国内低温Cryo-CMOS量子测控集成电路芯片发展的新篇章，为后续自主知识产权大规模低温测控阵列芯片的研制打下了坚实的基础。

用于千比特量级的低温CMOS测控阵列芯片。图片来源：中微达信

关于ISSCC国际固态电路会议

ISSCC（International Solid-State Circuits Conference国际固态电路会议）始于1953年，由电气与电子工程协会（IEEE）固态电路学会赞助发起，是世界集成电路设计领域最高级别的学术会议，素有“集成电路领域的奥林匹克”之称，通常是各个时期国际上最尖端和前沿固态电路技术最先发表之地。

ISSCC会议每年举办一次，录用的多是集成电路各细分方向重量级前瞻技术论文，论文审核严格且录用数很少，比如2022年全球总共录用200篇。ISSCC在国际学术、产业界受到极大关注，每年吸引超过3000名来自世界各地工业界和学术界的参加者参会。

我国在ISSCC上每年发表的文章数曾经长期处于个位数，根据ISSCC统计，在2013年，美国共计有73篇相关论文获选，其次是日本30篇，韩国22篇，中国台湾地区19篇，中国大陆地区只有6篇。近年来，随着我国半导体和集成电路技术发展，我国录用论文持续增长，逐渐挤入第一梯队。2021年，美国相关论文获选ISSCC 75篇，韩国30篇位居第二，中国大陆地区22篇排名第三，超过日本12篇、中国台湾地区的12篇。2022年全球200篇中，美国共有69篇论文入选，是自2015年以来的最低值，但仍是入选论文数量最多的国家，其次是韩国录用41篇，中国大陆和港澳地区30篇位列第三，中国台湾地区15篇，日本仅7篇论文入选。

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