近日，北京量子信息科学研究院量子计算云平台团队与清华大学集成电路学院合作，在面向量子计算系统大规模集成的超低温接口芯片方面持续发力，成功研制了基于CMOS工艺的全集成超低温双量子比特接口芯片组，这一成果被 “IEEE国际固态电路会议” ISSCC 2024录用。

随着规模化量子计算研究的不断深入，可在超低温环境下有效工作的量子比特操控与读出芯片被认为是实现规模化实用量子计算机的关键支撑技术。该项技术的核心挑战是在有限的制冷功率条件下提升量子比特接口芯片的可操控和读出通道数，推动实现量子比特的大规模集成。为攻克这一技术难题，推进量子计算机小型化和集成度，研究并突破超低功耗的量子比特接口芯片设计技术具有重大意义。

研究团队在前期CMOS工艺超低温特性建模、高集成度量子比特控制芯片等研究基础之上，设计出目前具有极低功耗的双量子比特接口芯片组（含完整操控与读出）。该芯片组基于相位域信号处理的极化调制和反射读出技术，在3.5K低温环境下可以产生双超导量子比特控制、读出所需的XY通道任意包络脉冲信号、Z通道偏置信号和反射读出激励信号，实现了基于相位信息的量子比特状态检测电路，同时片上集成了时钟产生、指令存储等电路，芯片组功耗相对于国际上同类研究大幅降低。该芯片在量子院量子计算云平台实现了对超导量子比特的有效控制及状态读出。近日，该工作以“A Cryo-CMOS Quantum Computing Unit Interface Chipset in 28nm Bulk CMOS with Phase-Detection based Readout and Phase-Shifter based Pulse Generation” 为题，被ISSCC 2024录用。在推进量子计算系统自主可控的集成化、小型化关键技术方面又迈出了重要一步。

参与该项工作的主要人员包括：量子院量子计算云平台团队高级工程师刘其春博士、兼聘研究员李铁夫博士，清华大学集成电路学院的郭衍束博士、研究生李瑶玉、黄文强、田甜、吴楠、张思琪，邓宁研究员、王志华教授、姜汉钧副教授等。该工作得到国家自然科学基金支持。