Imec i Diraq: pierwsze spójne działanie ośmiu krzemowych kwantów spinowych typu MOS w procesie technologicznym CMOS o średnicy 300 mm

• Imec i Diraq zademonstrowały spójną pracę i odczyt ośmiokubitowej krzemowej matrycy spinowych kubitów MOS, wyprodukowanej na platformie produkcyjnej imec zgodnej ze standardem CMOS o średnicy 300 mm, co stanowi znaczący kamień milowy w dziedzinie skalowalnych obliczeń kwantowych.
• Wyniki pokazują, że przemysłowa produkcja półprzewodników może wspierać procesory kwantowe wykraczające poza urządzenia jedno- i dwukubitowe, przybliżając branżę do wielkoskalowych, nadających się do masowej produkcji komputerów kwantowych.
• Osiągnięcie udowadnia, że przemysłowa produkcja zgodna ze standardem CMOS 300 mm może wspierać coraz bardziej złożone systemy kwantowe, zachowując jednocześnie koherencję i sterowalność niezbędne dla przyszłych wielkoskalowych procesorów kwantowych opartych na krzemie.

Źródło: imec

Belgijskie centrum badań i innowacji w dziedzinie zaawansowanych technologii półprzewodnikowych oraz Diraq, pionier w dziedzinie obliczeń kwantowych opartych na krzemie, zademonstrowały spójne działanie i odczyt ośmioelementowej matrycy krzemowych kwantowych bitów spinowych MOS. Zaprojektowano ją i wyprodukowano na zaawansowanej platformie technologicznej imec do kwantowych bitów spinowych, o średnicy 300 mm, przy użyciu procesu zgodnego z technologią CMOS. Wyniki, opublikowane w artykule w czasopiśmie „Nature Communications”, stanowią ważny krok w kierunku skalowalnych procesorów kwantowych wytwarzanych przy użyciu tych samych technologii przemysłowych, które stosuje się obecnie do produkcji najbardziej zaawansowanych układów półprzewodnikowych.

Kubity spinowe jako droga do obliczeń kwantowych na dużą skalę

Kubity spinowe na krzemie są powszechnie uznawane za jedną z najbardziej obiecujących dróg do obliczeń kwantowych na dużą skalę, ponieważ pozwalają wykorzystać infrastrukturę, łańcuchy dostaw i doświadczenie produkcyjne już rozwinięte przez przemysł półprzewodnikowy. Praca opisana w tym artykule opiera się na wcześniejszej demonstracji przeprowadzonej przez imec i Diraq, opisanej w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Nature” w 2025 roku. Wykazała ona, że produkowane przemysłowo krzemowe kubity spinowe mogą osiągać poziomy wierności wymagane do kwantowej korekcji błędów. Chociaż wynik ten potwierdził wykonalność pojedynczych i dwukubitowych elementów składowych, dzisiejsze badania idą o krok dalej pokazując, że proces imec można skalować do większych układów: Zademonstrowano liniowy układ ośmiokubitowy, zachowujący koherencję i sterowalność wymagane dla przyszłych komputerów kwantowych na dużą skalę. Ponadto skalowanie architektury odczytu dla tej większej matrycy nie wymaga znacznego zwiększenia liczby czujników, gęstości okablowania ani obciążenia termicznego; ten korzystny współczynnik skalowania wskazuje na matryce, które pozostają bardzo kompaktowe w miarę powiększania się, co jest wymagane w przypadku procesorów kwantowych na dużą skalę.

Proces technologiczny zgodny ze standardem CMOS

Urządzenia ośmiokubitowe zostały wyprodukowane na platformie krzemowych kubitów spinowych imec o średnicy 300 mm, która wykorzystuje technologię produkcji zgodną z CMOS, opracowaną w ciągu prawie dekady optymalizacji procesów i prac inżynieryjnych, wypełniając lukę między demonstracjami laboratoryjnymi a technologiami kwantowymi nadającymi się do produkcji seryjnej.

– Przyszłość obliczeń kwantowych zależy nie tylko od jakości kubitów, ale także od zdolności do wytwarzania coraz bardziej złożonych procesorów kwantowych z zachowaniem powtarzalności, wydajności i skali charakterystycznych dla przemysłu półprzewodnikowego. Ten wynik pokazuje, że przemysłowa produkcja zgodna ze standardem CMOS na płytkach 300 mm może obsługiwać systemy kwantowe wykraczające poza izolowane pary kubitów. Łącząc zaawansowaną technologię procesów półprzewodnikowych imec z inżynierią urządzeń kwantowych, podejmujemy ważne kroki w kierunku realizacji skalowalnych procesorów kwantowych opartych na krzemie – powiedział Kristiaan De Greve, fellow i dyrektor programu ds. obliczeń kwantowych w imec.

– Tak właśnie wygląda przemysłowa droga do obliczeń kwantowych. Dziewięć miesięcy temu pokazaliśmy światu, że kwubity MOS na krzemie można niezawodnie wytwarzać przy użyciu technologii platformy CMOS 300 mm firmy imec. Dzisiaj imec zwiększył skalę, a firma Diraq przetestowała rozmiar macierzy, stosując dokładnie ten sam proces, bez utraty koherencji. To jest tempo, którego potrzebujemy, aby osiągnąć skalę użytkową, i właśnie takie tempo zamierzamy utrzymać – powiedział Andrew Dzurak, założyciel i dyrektor generalny firmy Diraq.

Diraq wprowadza na rynek technologie obliczeń kwantowych w oparciu o krzem i istniejące procesy CMOS. Opracowana przez firmę technologia „kropek kwantowych” opiera się na 20 latach badań założyciela Andrew Dzuraka i ma na celu umożliwienie umieszczenia milionów kubitów na jednym chipie, co pozwoli na tworzenie wydajnych i skalowalnych rozwiązań. Celem firmy Diraq jest zrewolucjonizowanie informatyki kwantowej poprzez osiągnięcie skali niezbędnej do tworzenia użytecznych zastosowań komercyjnych. Firma Diraq została założona w Sydney w Australii, gdzie znajdują się jej ośrodki badawczo-rozwojowe. Amerykańska siedziba firmy mieści się w Palo Alto w Kalifornii, a dodatkowe biura znajdują się w Los Angeles i Chicago.

Imec posiada ośrodki badawcze w Belgii, w całej Europie, w USA oraz w regionie GCC, a także przedstawicielstwa na trzech kontynentach. W 2025 roku imec odnotował przychody w wysokości 1,2 mld EUR.