FinFET纳电子学与量子芯片的新进展

综述了后摩尔时代中两大发展热点:鳍式场效应晶体管(FinFET)纳电子学和基于量子计算新算法的量子芯片的发展历程和近两年的最新进展。在FinFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路的发展现状,包括FinFET的发展、10 nm和7 nm技术节点的量产、5 nm和3 nm技术节点的环栅场效应晶体管(GAAFET)和2 nm技术节点的负电容场效应晶体管(FET)的前瞻性技术研究以及非Si器件(InGaAs FinFET、WS2和MoS2两种2D材料的FET)的探索性研究。指出继续摩尔定律的发展将以Si基FinFET和GAAFET的技术发展为主。在量子芯片领域,综述并分析了超导、电子自旋、光子、金刚石中的氮空位中心和离子阱等五种量子比特芯片的发展历程,提高相干时间、固态化及多量子比特扩展等的技术突破,以及近几年在量子信息应用的新进展。基于Si基的纳米制造技术和新的量子计算算法的结合正加速量子计算向工程化的进展。

量子芯片的研究现状与应用

随着集成电路工艺的发展,摩尔定律逐渐走向终结,于是科学家们转向量子芯片的研究。目前最有前途的量子芯片分别是超导体系、半导体体系和离子阱体系。超导量子芯片电路设计难度随着比特数增多而增大,目前已实现20个超导量子比特的量子芯片。离子阱量子计算性能优异,但体积庞大,目前IonQ公司已实现13个171Yb+离子组成的离子阱系统11位全连接可编程量子计算机。半导体量子芯片的计算性能不如这两种,但是由于传统半导体工艺现在已基本成熟,只要在实验室里能够实现样品芯片,理论上讲大规模工业生产就不存在问题。目前科学家们认为未来将很快实现10个量子比特的纠缠。量子芯片的研究将带来计算速度的提升、量子通信安全性的实现等优势。文章简要介绍了近年来量子芯片的研究进展以及对未来应用的展望。