Kvantová pilotní linie na polovodičové bázi „SPINS“ zahájena s podporou EU

Fraunhofer IPMS hraje v rámci SPINS klíčovou roli při vysoce rozlišené strukturalizaci prvků kvantových bitů a procesorů. © Fraunhofer IPMS

V dubnu byl spuštěn „SPINS“ (Semiconductor Pilot line for Industrial Quantum NanoSystems), což je jedna ze šesti evropských pilotních lineí pro kvantové technologie. Konsorcium koordinované společností imec sdružuje 25 evropských výzkumných institucí, průmyslových partnerů a akademických výzkumných skupin s cílem posílit vedoucí postavení a suverenitu Evropy v této strategicky důležité oblasti. Projekt pilotní linky SPINS, který je financován částkou 50 milionů eur, byl umožněn díky kofinancování od Chips Joint Undertaking (Chips JU) Evropské unie a národních a regionálních úřadů zúčastněných členských států.

Kvantové výpočty se staly vysoce strategickou oblastí, jejíž ekonomický a společenský význam výrazně roste. Oblasti aplikace sahají od průlomů ve výzkumu léků a materiálových věd po vysoce bezpečné komunikační systémy a navigační systémy příští generace. Nicméně stále existuje mezera mezi současným kvantovým výzkumem a výrobou kvantových procesorů, které umožňují významné kvantové aplikace. Škálování počtu stabilních qubitů (až do miliardy) je klíčem k výstavbě spolehlivých a chybově tolerantních kvantových počítačů.

S ohledem na technologickou složitost, včetně kryogenního provozu, ultranázné řídicí elektroniky a vysoce specializovaných výrobních procesů, stejně jako s ohledem na strategický význam kvantových čipů, zřídila EU-Chips-Act šest doplňkových kvantových pilotních lineí, které se zaměřují na konkrétní hardwarové platformy a společně posouvají kvantové technologie v oblastech kvantových výpočtů, komunikace a senzoriky. V rámci tohoto portfolia je SPINS pilotní linkou věnovanou polovodičovým spin-qubitům, přičemž hlavní důraz je kladen na dodávku kvantových čipů pro aplikace v oblasti kvantových výpočtů.

Imec koordinuje aktivity této nové pilotní linky a vede evropské konsorcium složené ze 25 partnerů, včetně výzkumných institucí jako Fraunhofer, VTT a CEA-Leti, průmyslových subjektů (jak velkých firem jako Infineon a Siltronic, tak malých a středních podniků a start-upů) a akademických skupin (například TU Delft a University of Jyväskylä), které přinášejí doplňující znalosti a schopnosti s cílem přeměnit strategický rámec EU-Chip Act na konkrétní opatření.

Mezi první kroky konsorcia SPINS patří optimalizace procesů a návrhů, které mají vytvořit pevný základ pro škálovatelné, stabilní a výkonné spin-qubity na třech různých technologických platformách: Si/SiGe, Ge/GeSi a SOI. SPINS si klade za cíl prostřednictvím multi-project wafers (MPW) a standardizovaných Quantum Process Design Kits (PDKs) vytvořit cestu od laboratoře k výrobě této technologie, čímž sníží vstupní bariéry pro start-upy a malé a střední podniky v oblasti polovodičových kvantových technologií a položí základy pro to, aby evropské firmy mohly brzy budovat kvantové know-how.

Fraunhofer IPMS v rámci SPINS

Fraunhofer IPMS hraje klíčovou roli v rámci SPINS při vysokorozlišovací struktuře elementů qubitů a procesorů. Veškeré litografické kroky, které vyžadují rozlišení přesahující možnosti optických metod, jsou prováděny v Fraunhofer IPMS. To umožňuje institutu přesnou, reprodukovatelnou strukturalizaci, která je nezbytná pro funkčnost a škálovatelnost Si/SiGe kvantových obvodů.

Kromě toho významně přispívá Fraunhofer IPMS k procesní stabilitě a zralosti celé pilotní linky tím, že poskytuje vysoce kvalitní infrastrukturu čistého prostředí, navrženou pro reprodukovatelné a škálovatelné výrobní procesy qubitů. Procesy používané v IPMS jsou navrženy tak, aby podporovaly jak platformy Si/SiGe, tak Ge/SiGe, čímž zajišťují několik technologicky doplňujících se cest konsorcia SPINS. Navíc odborné znalosti IPMS vytvářejí spojení s aktivitami v rámci EU projektu QLSI2, kde se testuje migrace na vysokorozlišovací litografii a 300mm wafery. Tím je zajištěno, že výsledky pilotní linky SPINS budou včas připraveny na budoucí přechod na 300mm CMOS výrobu.

Fraunhofer IPMS tak spojuje přední výzkumné kompetence s průmyslovou procesní zralostí a významně posiluje technologickou nezávislost Evropy v oblasti polovodičových kvantových technologií.

Kvantové pilotní linky pro Evropu

Doplňkové oblasti evropského kvantového výzkumu zahrnují kromě polovodičových pilotních lineí také pilotní linky pro fotoniku v rámci projektu „P4Q“ (koordinovaný Univerzitou Twente, NL) – na kterém se podílí i imec –, iontové pasti qubitů „CHAMP-ION“ (koordinovaný SAL, AT), supravodivé qubity „SUPREME“ (koordinovaný VTT, FI), diamantové kvantové čipy „DIREQT“ (koordinovaný CNR, IT) a neutrální atomy „Q PLANET“ (koordinovaný Pasqal, FR).