Unique au monde : imec présente un composant de qubit à points quantiques, fabriqué avec une lithographie EUV à haute NA

Tableau de qubits fonctionnel avec des espacements d'environ 6 nanomètres entre les portes de plunger (P) et de barrière (B), rendu possible par la lithographie EUV à haute NA. L'image montre également les portes d'accumulation (A) et d'enfermement (C).

    1. Imec présente pour la première fois dans le monde un composant de qubit à points quantiques, fabriqué à l’aide de la lithographie EUV à haute NA.
    2. Cette démonstration constitue une étape importante sur la voie de la mise à l’échelle industrielle de qubits plus fiables, les unités fondamentales de calcul des ordinateurs quantiques. Les ordinateurs quantiques offriront des performances exponentiellement supérieures pour certaines tâches de calcul, comme le développement de nouveaux médicaments ou la simulation de processus physiques.
    3. En construisant sur une couche de base composée de structures précisément fabriquées à l’aide de la technologie à haute NA, imec a réussi à créer un réseau fonctionnel de qubits avec des espacements de seulement quelques nanomètres. Grâce aux dimensions nanométriques de cette composante matérielle, il est théoriquement possible d’intégrer des millions de qubits sur une seule puce.
    4. « Nous pouvons nous appuyer sur des décennies d’innovations dans le domaine des semi-conducteurs et exploiter l’ensemble de l’écosystème de la scalabilité du silicium pour faire passer les composants quantiques du stade des expériences en laboratoire à la production en série. Ici, les qubits à base de silicium présentent un avantage clair », explique Sofie Beyne, chef de projet et ingénieure en intégration quantique chez imec.

Imec, un centre de recherche et d’innovation de renommée mondiale dans les technologies avancées des semi-conducteurs, a présenté lors de l’ITF World une première mondiale : un composant de qubit à points quantiques fabriqué à l’aide de la lithographie EUV à haute NA. Cette réalisation constitue une étape importante dans la mise à l’échelle industrielle de qubits plus fiables, les unités fondamentales de calcul des ordinateurs quantiques. Il s’agit, à notre connaissance, du premier composant matériel intégré fabriqué à l’aide de la lithographie EUV à haute NA.

Pour certaines tâches de calcul complexes, comme le développement de nouveaux médicaments ou la simulation de processus physiques, un ordinateur quantique pourrait offrir des performances exponentiellement supérieures à celles des ordinateurs classiques. Cependant, pour obtenir un ordinateur quantique opérationnel, il faut atteindre une mise à l’échelle avec des millions de qubits interconnectés (les unités de calcul d’un ordinateur quantique), avec une fiabilité élevée et un contrôle précis.

Parmi les différentes plateformes quantiques actuellement étudiées, les qubits de spin à points quantiques en silicium sont considérés comme des candidats très prometteurs pour la mise à l’échelle industrielle et sont souvent qualifiés de « qubits de l’industrie ». Leur processus de fabrication est largement compatible avec la production de puces informatiques standard en silicium (CMOS) – un domaine dans lequel imec s’est imposé comme une autorité mondiale au cours des dernières décennies.

« Nous pouvons nous appuyer sur des décennies d’innovations dans le domaine des semi-conducteurs et exploiter l’ensemble de l’écosystème de la scalabilité du silicium pour faire passer les composants quantiques du stade des essais en laboratoire à celui de systèmes à grande échelle, fabriqués industriellement. Ici, les qubits à base de silicium présentent un avantage clair », explique Sofie Beyne, chef de projet et ingénieure en intégration quantique chez imec.

Les qubits de spin à points quantiques en silicium enferment un électron dans une nanostructure en silicium (la couche de grille). L’« état de spin » de l’électron enfermé est utilisé pour stocker l’information quantique. Les distances entre les différentes grilles doivent être minimisées pour limiter les influences environnementales. imec a réussi à créer un réseau fonctionnel de qubits avec des espacements de seulement 6 nanomètres. Grâce aux dimensions nanométriques de cette composante matérielle, il est théoriquement possible d’intégrer des millions de qubits sur une seule puce.

« La lithographie EUV à haute NA permet la structuration précise des qubits à points quantiques en silicium. Comme la force de couplage entre les points quantiques voisins augmente exponentiellement avec la distance qui les sépare, nous devons structurer de manière fiable des lacunes de quelques nanomètres entre les électrodes de contrôle des points quantiques. C’est une véritable prouesse technique, que nous devons à nos équipes d’intégration et de structuration ainsi qu’à la technologie EUV à haute NA exceptionnelle d’ASML », déclare Kristiaan De Greve, Fellow d’imec et directeur de programme pour l’informatique quantique.

Cette démonstration s’appuie sur des résultats antérieurs d’imec avec des qubits de spin issus de points quantiques en silicium, qui ont déjà montré que des processus compatibles CMOS peuvent conduire à un faible bruit de charge et à un fonctionnement stable des qubits. En intégrant la lithographie EUV à haute NA dans le processus de fabrication, l’attention passe des composants de démonstration en laboratoire à des qubits reproductibles, adaptés à la production sur des lignes de 300 mm.

Il est évident que la lithographie EUV à haute NA sera essentielle pour les technologies logiques et de mémoire avec une largeur de structure inférieure à 2 nm, pour soutenir la croissance rapide de l’IA avancée et des supercalculateurs, mais il devient également clair qu’elle jouera un rôle central dans le matériel pour l’avenir de l’informatique quantique.