澳洲新南威尔斯大学（UNSW Sydney）创业公司Diraq宣布重大成果，其开发的硅量子芯片首次证明能在300毫米芯片厂的标准制程环境中维持99%保真度，不再只是实验室里的概念验证。这项研究由Diraq与比利时校际微电子研究中心（imec） 合作完成，并发表在《Nature》期刊。

过去，硅自旋量子位元（silicon spin qubits）的高保真操作仅在学术实验室中出现，能否在芯片厂规模制造下重现一直备受质疑。所谓保真度（fidelity），简单来说就是量子计算机操作的“准确率”，用来衡量实际运算结果与理想结果的相似程度。例如，当我们想把qubit从“0”反转成“1”时，若100次中有99次正确，就代表保真度达到99%。

这次成果首次展示，通过标准半导体制程工具制造的qubit，不仅单/双量子位元操作保真度超过99%，状态准备与测量（SPAM）甚至达到99.9%。研究同时指出，主要误差来自残留的29Si同位素，若进一步纯化至50 ppm以下，性能还能提升。这意味着，学术实验室的成果已成功“复制”到芯片厂环境，为量产铺路。

对量子计算机的意义

量子计算机要达到“容错运算”（Fault Tolerance）必须突破99.9%保真度门槛，否则在大规模计算时，误差会急速累积，导致结果失效。Diraq的成果虽然尚未完全跨越这一门槛，但已大幅缩小差距，并为降低量子错误修正的“成本”提供了清晰方向。通过进一步的材料纯化与自动化调校，未来有望实现更稳定的高性能qubit数组。这不仅让量子计算机更接近“实用规模”（utility scale），也意味着其在商业应用与科研突破上的可行性正在提升。

随着硅自旋qubit在芯片厂中展现稳定表现，量子计算机正逐步与半导体制程融合。与其他平台（如超导qubit、离子阱qubit）相比，硅qubit的优势在于能直接利用既有的CMOS制造技术与芯片产线，大幅降低成本并具备可扩展性。这也说明，相较于其他标准的量子计算机制作模式，硅qubit的路径更简单、成本更低，产业化可行性也更高。

（首图来源：新南威尔斯大学）