【產(chǎn)通社，3月14日訊】中國科學技術大學（University of Science and Technology of China, USTC）官網(wǎng)消息，微電子學院程林教授課題組聯(lián)合澳門大學羅文基教授團隊，在超低溫量子接口基準電路研究中取得重要進展。該研究首次提出了無需修調的超低溫低功耗CMOS電壓基準，能夠同時實現(xiàn)溫度和工藝的自補償。相關研究成果近日以“A 76.9 ppm/K Nano-Watt PVT-insensitive CMOS Voltage Reference Operating from 4 K to 300 K for Integrated Cryogenic Quantum Interface”為題在2025年固態(tài)電路領域著名學術期刊Journal of Solid-State Circuits（JSSC）上發(fā)表。

隨著量子計算技術的快速發(fā)展，量子處理器在量子比特質量、可擴展性、量子糾錯、環(huán)境控制、計算精度等方面提出了更加嚴苛的要求。目前大多數(shù)量子計算機（如超導量子計算機）需要在接近絕對零度的環(huán)境下工作，以減少熱噪聲對量子比特的影響，因此量子計算機需要大量高保真量子位和控制接口電路，以在室溫的經(jīng)典域和低溫的量子域之間傳遞信號。

在各類接口電路模塊中，基準電路至關重要。為了確保在初始測試、熱過渡和系統(tǒng)異常等工作條件下的可靠性，電壓基準必須在稀釋制冷機到外界環(huán)境的溫度范圍內（從300K到4K）保持穩(wěn)定輸出特性，這要求其對溫度波動和工藝偏差具有極低的敏感性。然而，標準CMOS器件在超低溫下會表現(xiàn)出閾值電壓漂移、非線性效應加劇、扭結效應等問題，這使得量子接口基準電路的極端低溫環(huán)境適應性面臨嚴峻挑戰(zhàn)。因此，設計高魯棒性、適用于超低溫環(huán)境的量子接口基準電路，將有助于解決量子計算大規(guī)模應用中的關鍵技術難題。

為此，本研究設計了一種無需修調的超低溫低功耗CMOS電壓基準量子接口電路，提出了同時實現(xiàn)溫度和工藝自補償?shù)募夹g。該基準電路能在300K至4K的超寬溫度范圍內實現(xiàn)高精度電壓輸出，并展現(xiàn)出優(yōu)異的魯棒性。

該設計采用標準CMOS 180nm工藝，共測試了兩個批次的80枚芯片（圖（c））。測試結果如圖(d)所示，僅需單次模型校準，即可實現(xiàn)跨批次免修調操作，基準的平均溫度系數(shù)（TC）為76.9 ppm/K，并且電壓波動僅為0.72%，具有很高的溫度與工藝精度。在300K到4K工作范圍內僅消耗195-304 nW功耗，輸出電壓的均值為1.045 V。該電壓基準在標準CMOS工藝下實現(xiàn)了納瓦級的超低功耗，并且對工藝、電壓和溫度變化（PVT）具有出色的穩(wěn)定性。它能夠以較低的成本被集成到量子接口電路以及用于超低溫環(huán)境下的宇航探測等芯片中，為這些超低溫應用提供了可靠的解決方案。

該論文第一作者為我校微電子學院特任副研究員王晶，程林教授為通訊作者。本項研究得到了國家自然科學基金課題的資助，也得到了中國科大物理學院和中國科大信息科學實驗中心的設備支持。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://news.ustc.edu.cn/xwbl.htm，以及https://doi.org/10.1109/JSSC.2025.3530472。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）