2026年2月16日——由富士通资助的QuTech研究团队成功研发出首款可直接操控金刚石量子比特中电子自旋与核自旋的低温控制芯片。这项创新将低温CMOS片上系统与金刚石氮空位（NV）中心相结合，为构建可扩展、高保真度的金刚石量子计算机迈出关键一步。该成果将于2026年2月在国际固态电路会议（ISSCC）上正式发布。

氮空位中心是最具前景的量子比特平台之一，兼具快速电子自旋操控与异常稳定的核自旋存储特性。但此前这类系统始终依赖通过长电缆连接低温环境的室温电子设备，这种配置严重制约了系统的可扩展性与可靠性。

新型低温CMOS控制器通过将电子器件直接置于低温环境解决了这一难题。该芯片与量子比特在相同低温环境下协同工作，能生成电子/核自旋操控所需的高精度高频信号，同时具备功耗低、体积小、与量子芯片连接简化的优势，完全满足未来大型量子计算机的扩展需求。

高保真量子控制

该集成系统实现了电子自旋99.3%与核自旋99.8%的量子门保真度，同时保持超过50毫秒的相干时间，这些性能指标已接近容错量子计算的要求阈值。

通过数字自适应调节每个量子比特的特有共振频率，该芯片无需复杂磁场调谐即可实现多量子比特并行控制——这是突破实验室原型走向规模化的关键前提。芯片采用的数字核心架构在实现精确幅相控制的同时最大限度减少发热，这对制冷能力受限的低温系统至关重要。

迈向可扩展量子硬件

这项成果标志着半导体工程与量子科学的深度融合。在氮空位量子比特仍保留于金刚石基质中的同时，采用标准硅工艺制造的低温CMOS控制器可在同等低温条件下运行，在传统扩展瓶颈区域实现了紧凑高效的量子控制。该工作为最终实现金刚石量子比特与CMOS控制电子器件的高度集成化、可量产量子模块提供了现实路径。

联合开发负责人Masoud Babaie与Fabio Sebastiano表示，这证实了“色心与低温CMOS的协同集成可作为量子计算可扩展方案的可行性”。

共建全栈量子未来

富士通与QuTech的合作是产学研协同推进可扩展量子计算全栈蓝图建设的战略实践。融合双方领域专长，联合团队正在开发涵盖量子系统硬件层、架构层及算法层的金刚石自旋量子比特模块、低温CMOS控制电子器件及配套光学互连技术。

该论文成果将于2026年2月在全球集成电路设计顶级会议ISSCC上发布。Fabio Sebastiano总结道：“对于金刚石自旋量子比特，电子控制系统极易成为性能瓶颈。我们展示的是一种在低温环境下实现精确近端控制，同时避免系统过度复杂化的有效方案。”Masoud Babaie补充强调：“这项工作证明低温CMOS控制设计既能满足金刚石自旋量子比特的严苛要求，又可保持扩展性。通过控制电子器件与量子比特的紧密集成，我们向实用化大型金刚石量子处理器迈出了重要一步。”