引言：延續上期 [量子科技] 報導，量子是一個充滿機會和挑戰的新興領域。聚焦與台灣息息相關的半導體領域，從量子科技的高影響力專利中有哪些最近值得關注的公司？本次報導帶您窺探量子科技在半導體有哪些值得關注的消息。
備註：本報導採用的高影響力專利，係以Derwent Innovation的影響力指標計算
博大國際視野：前瞻技術
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半導體是現代電子產業的基礎，而量子運算則是未來科技發展的重要方向。半導體與量子運算之間有著密不可分的關係。在半導體製造過程中，需要使用到高精度的量測儀器，而這些儀器的精度也受到量子力學的限制。此外，半導體材料的研究也需要使用到量子力學的知識。在量子運算方面，半導體技術也是不可或缺的一部分。目前，大部分的量子電腦都是使用超導電路來實現量子位元，而超導電路以及半導體兩種材料在某些應用中可以互補分工合作，例如用半導體材料來控制超導體的電流與磁場。從上期報導[從專利看 量子科技發展]中，可以看到歐美日國家在量子科技與半導體的研究有很強的連結，主要在於量子硬體設備開發，以及半導體材料、元件、技術在量子位元的製造、控制、讀取、測量和分析方面的應用。
壹、 前期報導量子科技在各應用領域的分布情形(上圖)，可以見到歐美日國家在發展量子科技與半導體的關聯性是非常深遠的，除了量子硬體設備開發外，還有以下幾個方面：
l 半導體材料可以用來製造不同類型的量子位元，如矽自旋量子位元和矽光子量子位元，這些量子位元可以利用半導體製程的優勢，實現高密度和高穩定性的量子系統。
l 半導體元件可以用來控制和讀取量子位元，如電晶體、電容、電阻等，這些元件的組合可以與量子位元整合在同一個晶片上，實現量子和經典系統的無縫連接。
註：內容提到的量子和經典，是指經典物理和量子物理。分別是兩種不同的物理學領域，它們各自描述了不同的現象和規律。經典物理主要適用於宏觀的、低速的、低能的物理系統，而量子物理主要適用於微觀的、高速的、高能的物理系統。
l 半導體技術可以用來測量和分析量子系統的性能，如電子顯微鏡、電子束曝光、電子束誘發電流等，這些技術可以幫助量子工程師找出和修復量子系統中的缺陷和錯誤。
在第二屆「NExT FORUM - QUANTUM COMPUTING」活動中，鴻海研究院院長劉揚偉指出：「量子科技可視為驅動人工智慧 (AI)、新世代通訊、半導體、資通安全變革的重要技術。台灣雖起步較晚，但完整半導體產業鏈將是發展量子電腦的最佳助力，應在關鍵技術建立一系列容錯計算、量子感測／通訊／密碼系統等知識產權 (IP)，並積極投入硬體研發、設計和製造」量子運算能否應用在實務的關鍵在於量子硬體，量子位元晶片則是其核心基礎元件 (2021/12/23 半導體尺度極致微型化之後……量子世界終將來臨！/任苙萍)。從上述專利申請趨勢與專家見解，可以看到半導體跟量子技術的發展有相當深遠的關聯，半導體在量子科技的應用將是驅動量子科技走出實驗室的關鍵之一。
下列高影響力專利清單中幾個專利申請人，介紹如下：
2022 High Technology Impact Patent
美國麻省理工學院：在量子科技方面有許多重要的計畫正在執行，涵蓋了量子計算、量子模擬、量子網路和量子感測等領域。這次挑到的高影響力專利的發明人William D. Oliver (更多資訊)為麻省理工學院電氣工程和電腦科學教授/量子系統小組的首席研究員，擔任量子工程中心主任。他在2015年成立工程量子系統 （EQuS） 小組，專門研究超導量子位元技術，與同事Terry Orlando、Leonya Levitov和Seth Lloyd的目標是設計可靠的量子計算系統，並可以擴展到實際用途。近期申請的專利US10658424B2用於低溫電子封裝的超導積體電路，例如低溫電子封裝，具有包含導電材料的導電層，所述導電材料低於250 MPa值內應力的多晶氮化鈦(TiN)材料。
William D. Oliver 提到在短期內，認為量子電腦和經典電腦可以作為合作夥伴工作。經典機器會通過演算法進行攪動，在量子位元退相干之前為量子電腦調度特定的計算。從長遠來看，糾錯碼可以使量子電腦無限期地運行，即使一些單獨的元件仍然有故障。到那時，量子電腦基本上將是通用的。他們將能夠大規模運行任何量子演算法。這可以大大改善分子生物學、量子化學和氣候學等領域複雜系統的模擬。
延伸閱讀：將量子計算的承諾轉化為實踐 (2021/01/19)
SOCPRA Sciences et Genie SEC：成立於2002年，是一家位於加拿大的公司，專門從事研究和開發物理、工程和生命科學領域的知識產權。該公司是由加拿大國家科學與工程研究委員會（NSERC）和魁北克省政府的研究基金會（FRQNT）支持的一個非營利性的研究機構，公司目標是促進科學和技術的創新和轉移，尤其是在專利方面。該公司擁有
402 項專利，涉及量子工程、骨科醫療、生物技術等方面，包括US10929769B2用於量子電腦的半導體裝置，具有用於在基板中限定量子點阱的量子點累積閘，其中累積閘之間的間隙提供儲存器和量子點井之間的隧道勢障位。該公司的首席執行官是
Michel G. Bergeron，也是魁北克大學的教授和微生物感染與免疫研究中心的主任。該公司與Quantum
eMotion Corp.（前身為
Quantum Numbers Corp.）合作，將其擁有的量子加密解決方案的專利轉讓給後者，使開發一種新一代的量子隨機數產生器，用於提高網路安全和隱私保護。該公司的發明人之一，魁北克大學的教授 Bertrand
Reulet (更多資訊)，是一位在量子物理領域的權威，他的研究團隊在量子雜訊和量子熱力學方面取得了重要的進展。他們利用超導量子位模擬了相干反散射和普遍導電波動，這些現象在經典物理中是不存在的。
註：Quantum eMotion Corp是一家總部位於蒙特利爾的量子隨機數生成器
(QRNG) 開發商，成立於 2017 年，利用量子力學固有的不可預測性的硬體元件。他們的目的是創造純隨機性，以確保加密通訊是「無法破解的」，該公司最近宣布在中國申請了一項關於量子加密技術的專利WO2023050000A1，基於量子隨機數的加密方法，可以提高數據傳輸的安全性和效率。
INTEL：是一家美國的科技公司，主要從事半導體和微處理器的設計和製造。Intel在量子科技方面近期有相當多高影響力的專利US10565515B2、US11569428B2、US10879446B2、US10763347B2等，在量子領域的研究中Intel
與荷蘭的奎比特公司（QuTech）合作，研發了一種名為Tangle
Lake的49量子位元的超導量子處理器，這是
Intel 目前最大的量子處理器，該處理器可以用於測試量子錯誤更正和量子模擬等應用。也與美國的伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）合作，開發了一種名為
Horse Ridge 的量子控制晶片，可以在低溫下控制多個量子位元，並減少量子系統的複雜性和成本，且該晶片可以與不同類型的量子位元相容，如超導量子位元或矽量子位元。Intel專注於使用其成熟的矽技術擴展量子計算，希望利用半導體產業成熟的方法，開發自己的基於矽的量子計算硬體(相關報導：良率超過 95％！Intel 宣布量子位元成功於半導體工廠大規模製造 2022.04.17)，證明量子位元最終有可能在同樣的工廠中與傳統晶片一起生產。其矽自旋量子位元和矽光子量子位元，這些量子位元可以與現有的半導體製程相容，並且有潛力提高量子系統的可靠性和可擴展性。目標是在未來 3
到 5 年內，達到數千個量子位元的規模。
INTEL 相關專利
US10565515B2 Quantum circuit component for use in
cooling apparatus of quantum computing device, has qubit die with one qubit
device and triaxial connector are set for coupling one qubit device to
electronic component using triaxial cable.
US11569428B2 Superconducting qubit device
package with qubit device such as hand-held or mobile computing device e.g.
cell phone, has level interconnects that are arranged between one face of die
and other face of package substrate.
US10879446B2 Quantum circuit assembly, has flux bias line
structure comprising flux bias line structure portion proximate to
superconducting quantum interference device loop and configured to conduct
current in direction perpendicular to substrate.
US10763347B2 Quantum dot device, has multiple gates above
quantum well stack and quantum well layer is between multiple gates and second
relaxed layer.
延伸閱讀：13家積極投入量子超導技術的企業 (2022/03/18)
延伸閱讀：量子運算崛起：台灣應聚焦半導體強項，走在世界最前端 (2022/03/01科學人)
貳、 高影響力新創公司
Rigetti Computing創立於2013年總部位於波士頓，是全棧量子計算的先驅 (註：全棧量子計算是一種涵蓋量子計算的所有層面，從硬體、軟體、演算法到應用的方法)。Rigetti Computing開發了業界首款用於可擴展量子計算系統的多晶片量子處理器。該公司在2017年提供雲端量子服務 Rigetti Quantum Cloud Services (QCS)，並於2019年與Amazon Web Services（AWS）合作為Amazon Bracket Quantum 服務，客戶包括政府單位、研究機構及一些全球企業。目前這家公司在美、英及澳洲設有分公司，近期與芬蘭公司Bluefors結盟，提供低溫以支持未來的量子處理單元。通過量子雲服務 (QCS) 平台 Rigetti QCS™，我們可以集成到任何公共、私有或混合雲中。
Rigetti 相關專利
US10332024B2 Computer-based simulation method for
modeling superconducting quantum circuit system, involves generating matrix representation
of system of equations of motion and simulating quantum circuit system based on
matrix representation.
US10535809B1 Integrated microwave circuit for
processing quantum information in i.e. microwave integrated circuit system, has
qubit circuitry arranged on first surface and comprising Josephson junction,
where ground plane is arranged on two surfaces.
US10374612B1 Quantum computing system used in ancilla
qubit devices, has control system to apply parametrically-activated two-qubit
quantum logic gate by sending radio-frequency control signal that modulates
frequency qubit device to flux-bias device.
US10769546B1 Quantum computing system for constructing and
packaging microwave integrated quantum circuits, has first substrate and second
substrate bonded such that recesses form enclosures that respectively house
quantum circuit devices.
US11121301B1 Integrated quantum circuit used in quantum
computing systems, has first substrate arranged adjacent to second substrate to
enclose quantum circuit device within recess of first substrate.
延伸閱讀：Rigetti Computing推出可擴展多晶片量子處理器 (2021/07/06)
延伸閱讀：推出英國量子計算機，擴大全球影響力 (2022/06/21)
延伸閱讀：Rigetti新的QPU路線圖、晶圓廠擴張和Bluefors合作夥伴關係 (2022/09/20)
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