imec przedstawia urządzenie kwantowe oparte na kropkach kwantowych, wykonane przy użyciu litografii EUV o wysokim współczynniku apertury (NA)

Podczas konferencji ITF World firma imec, centrum badań i innowacji w dziedzinie zaawansowanych technologii półprzewodnikowych, zaprezentowała światową nowość: urządzenie kwantowe oparte na kropkach kwantowych, wyprodukowane przy użyciu litografii EUV o wysokim współczynniku apertury (High NA). Osiągnięcie to stanowi kamień milowy na drodze do przemysłowej produkcji bardziej niezawodnych kubitów, czyli podstawowych jednostek obliczeniowych komputerów kwantowych. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą jest to pierwsze zintegrowane urządzenie sprzętowe stworzone przy użyciu litografii EUV o wysokim współczynniku apertury.

Działająca matryca kubitów, w której odstępy między bramkami logicznymi (P) a bramkami tranzystora (B) wynoszą zaledwie 6 nanometrów, co stało się możliwe dzięki litografii EUV o wysokim współczynniku apertury (NA); źródło: imec

W przypadku konkretnych, złożonych problemów obliczeniowych, takich jak opracowywanie nowych leków lub symulowanie procesów fizycznych, komputer kwantowy mógłby działać wykładniczo lepiej niż komputery klasyczne. Jednak aby komputer kwantowy był użyteczny, musimy skalować go do milionów połączonych kubitów (jednostek obliczeniowych komputera kwantowego), zapewniając wysoką niezawodność i precyzyjną kontrolę.

Skalowanie przemysłowe

Spośród różnych platform kwantowych, które są obecnie badane, kwantowe kropki krzemowe typu spinowego są uważane za obiecujące rozwiązanie do skalowania przemysłowego i często nazywane są „kwantami przemysłowymi”. Ich proces produkcji jest w dużej mierze zgodny z produkcją standardowych chipów komputerowych na krzemie (CMOS).

– Możemy ponownie wykorzystać cały ekosystem skalowania krzemowego, przenosząc urządzenia kwantowe poza eksperymenty laboratoryjne do systemów produkowanych na dużą skalę. W tym zakresie kwantowe bity oparte na krzemie mają wyraźną przewagę – wyjaśnia Sofie Beyne, kierownik projektu i inżynier ds. integracji kwantowej w imec.

Kwantowe bity spinowe z kropkami kwantowymi krzemowymi ograniczają elektron w nanostrukturze krzemowej (warstwie bramkowej). „Stan spinowy” uwięzionego elektronu służy do przechowywania informacji kwantowej. Odstępy między poszczególnymi bramkami muszą być zminimalizowane, aby ograniczyć szumy środowiskowe.

Miliony bitów kwantowych na jednym chipie

Imec stworzył działającą sieć kubitów z odstępami wynoszącymi zaledwie 6 nanometrów. Dzięki nanoskali tego komponentu sprzętowego teoretycznie można zintegrować miliony bitów kwantowych na jednym chipie.

– Technologia EUV o wysokiej aperturze (High NA EUV) umożliwia precyzyjne tworzenie wzorów kwantowych bitów z kropkami kwantowymi krzemowymi. Ponieważ siła sprzężenia między sąsiednimi kropkami kwantowymi rośnie wykładniczo wraz z odstępem między nimi, musimy niezawodnie tworzyć odstępy rzędu kilku nanometrów między elektrodami sterującymi kropek kwantowych. Jest to prawdziwe osiągnięcie inżynieryjne, możliwe dzięki naszym zespołom ds. integracji i tworzenia wzorów oraz znakomitej technologii EUV o wysokiej aperturze firmy ASML – mówi Kristiaan De Greve, pracownik naukowy imec i dyrektor programu Quantum Computing.

Demonstracja ta opiera się na wcześniejszych wynikach imec dotyczących kwantowych bitów spinowych z kropkami kwantowymi krzemowymi, które już wykazały, że procesy kompatybilne z CMOS mogą prowadzić do niskiego szumu ładunkowego i stabilnej pracy bitów kwantowych. Dzięki dodaniu litografii EUV o wysokim współczynniku NA do procesu produkcyjnego uwaga przenosi się z pojedynczych urządzeń demonstracyjnych w laboratorium na powtarzalne bity kwantowe kompatybilne z fabrykami 300 mm.

Chociaż oczywiste jest, że litografia EUV o wysokiej aperturze (High NA) będzie miała kluczowe znaczenie dla technologii logicznych poniżej 2 nm i pamięci o wysokiej gęstości, które napędzają szybki rozwój zaawansowanej sztucznej inteligencji i obliczeń o wysokiej wydajności, obecnie staje się jasne, że odegra ona również kluczową rolę w sprzęcie do przyszłych obliczeń kwantowych.

Źródło: imec