量子零組件產業隨著量子電腦的成熟，正蜂擁出現解決方案

關鍵字：()；()；()；()；()；()；()；()

瀏覽次數：105｜歡迎推文：

科技產業資訊室(iKnow) - 友子發表於 2025年12月15日

圖、量子零組件產業隨著量子電腦的成熟，正蜂擁出現解決方案

量子電腦必須在極低溫度運作，以及其脆弱的量子態，使得支撐它們的電子零組件必須符合極其苛刻的要求才會被採納。迄今為止，量子運算公司不得不自行解決這些挑戰，但隨著該領域的成熟，一個蓬勃發展的量子零組件產業正在湧現，提供現成的解決方案。

超導量子位元和矽自旋量子位元都需要極低的溫度來防止熱雜訊干擾其運算，因此其必須保存在特殊的稀釋冷凍機（Dilution Refrigerator；DR）中，這種冷凍機能夠冷卻到約 20 毫克耳文 (-273.13 °C) 的溫度。

現在一些新創公司正在開發專為應對這種嚴苛的低溫環境而設計的電子元件、放大器和電纜。芬蘭新創公司SemiQon表示，這將使量子位元和電子元件的整合更加緊密，從而顯著提升每個冷凍機所能容納的運算能力。

SemiQon公司開發了一種新型CMOS電晶體，專為低溫環境最佳化，可使控制電子設備在DR的最低溫區域運作。透過優化電晶體的設計和材料，他們大幅降低了開關閾值，使其能夠在極低電壓下工作。這項技術有望為與量子位元協同工作的控制電子設備打開大門，從而顯著縮小其物理尺寸，並使每個裝置能夠容納更多量子位元。

訊號放大器是許多量子電腦架構中另一個關鍵的輔助元件，同時也是主要的發熱源。加拿大新創公司Qubic Technologies正在開發一種新型超導放大器。

稀釋冷凍機分為多個工作溫度不同的階段，從室溫到幾毫克耳文(mK)不等。在最冷的階段，通常使用基於約瑟夫森接面（Josephson Junction）的超導放大器來增強訊號，因為它們產生的熱量非常少。這需要第二組功率較大的半導體放大器，它們會產生數十毫瓦的熱量，因此必須放置在4 K的低溫環境中，因為那裡仍然有足夠的冷卻能力。

Qubic公司研發了一種新型超導放大器，它不依賴約瑟夫森接面，而是採用專有的鈮合金（niobium alloy）波導。該設計能夠將訊號放大到與傳統半導體放大器相同的水平，但由於其超導特性，散熱量降低了10000倍。

Qubic公司的目標是用超導放大器完全取代目前消耗冷凍機大部分冷凍資源的半導體放大器。這些設備將於2026年上市，該公司目前已與領先的量子電腦開發人員展開合作。

目前限制單一稀釋冷凍機可容納量子位元數量的另一個因素是佈線。目前，大多數量子電腦都依賴笨重的同軸電纜，其核心金屬線相對較粗，容易將熱量傳導到系統中。荷蘭新創公司Delft Circuits致力於開發新型低溫電纜。

Delft開發了一種超導柔性電纜，它更加緊湊，減少了所需的連接數量，並顯著降低了熱量向低溫環境的傳遞。該設備外觀類似於柔性印刷電路板條，由八根相鄰的導線組成。在高於4 K的階段，導線由銀製成；在低於4 K的階段，導線則由鈮鈦（niobium-titanium）超導體製成。

然而，將所有這些新興組件創新連結起來的關鍵在於節省空間和散熱成本。只要未來能夠有效散熱，能夠使系統更加緊湊，這無疑是通往未來永續發展的道路，無論從功耗還是經濟效益的角度來看，量子電腦在零組件都齊了之後，未來發展更加光明。（1228字；圖1）

參考資料：
A Quantum Components Industry Is Emerging. IEEE Spectrum, 2025/12/9

歡迎來粉絲團按讚！

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------