Unico nel suo genere al mondo: imec presenta un modulo di qubit a punti quantici, prodotto con litografia EUV ad alta NA

Array di qubit funzionante con distanze tra i plunger (P) e le barriere (B) di circa 6 nanometri, reso possibile dalla litografia EUV ad alta NA. L'immagine mostra inoltre le porte di accumulo (A) e di confinamento (C).

    1. Imec presenta per la prima volta al mondo un elemento di base di un qubit a punti quantici, prodotto mediante litografia EUV ad alta NA.
    2. Questa dimostrazione rappresenta una pietra miliare nel percorso verso la scalabilità industriale di qubit più affidabili, le unità di calcolo fondamentali dei computer quantistici. I computer quantistici offriranno prestazioni esponenzialmente migliori in compiti di calcolo specifici, come lo sviluppo di nuovi farmaci o la simulazione di processi fisici.
    3. Basandosi su uno strato di strutture di precisione realizzate con tecnologia ad alta NA, imec è riuscita a creare una rete funzionante di qubit con distanze di appena 6 nanometri. Grazie alle dimensioni nanometriche di questa componente hardware, teoricamente si possono integrare milioni di qubit su un singolo chip.
    4. « Possiamo contare su decenni di innovazioni nel settore dei semiconduttori e sull’intero ecosistema di scalabilità del silicio per portare i componenti quantistici oltre gli esperimenti di laboratorio verso la produzione in serie su larga scala. Qui i qubit a base di silicio hanno un vantaggio chiaro », spiega Sofie Beyne, responsabile di progetto e ingegnere per l’integrazione quantistica presso imec.

Imec, un centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nelle tecnologie avanzate dei semiconduttori, ha presentato alla ITF World una prima mondiale: un elemento di base di qubit a punti quantici prodotto con litografia EUV ad alta NA. Questa realizzazione rappresenta una pietra miliare nel percorso verso la scalabilità industriale di qubit più affidabili, le unità di calcolo fondamentali dei computer quantistici. A quanto risulta, si tratta del primo componente hardware integrato prodotto con litografia EUV ad alta NA.

In compiti di calcolo complessi, come lo sviluppo di nuovi farmaci o la simulazione di processi fisici, un computer quantistico potrebbe offrire prestazioni esponenzialmente superiori rispetto ai computer classici. Tuttavia, per ottenere un computer quantistico operativo, è necessario scalare fino a milioni di qubit interconnessi (le unità di calcolo di un computer quantistico), con alta affidabilità e controllo preciso.

Tra le diverse piattaforme quantistiche attualmente in fase di studio, i qubit spin a punti quantici di silicio sono considerati candidati molto promettenti per la scalabilità industriale e sono spesso definiti come « i qubit dell’industria ». Il loro processo di produzione è ampiamente compatibile con la produzione di chip standard a base di silicio (CMOS), un settore di ricerca in cui imec si è affermata come autorità riconosciuta a livello mondiale negli ultimi decenni.

« Possiamo contare su decenni di innovazioni nel settore dei semiconduttori e sull’intero ecosistema di scalabilità del silicio per sviluppare componenti quantistici oltre gli esperimenti di laboratorio, verso sistemi di vasta scala e industrialmente realizzabili. Qui i qubit a base di silicio hanno un vantaggio chiaro », spiega Sofie Beyne, responsabile di progetto e ingegnere per l’integrazione quantistica presso imec.

I qubit spin a punti quantici di silicio confinano un elettrone in una nanostruttura di silicio (lo strato di gate). Lo « stato di spin » dell’elettrone confinato viene utilizzato per immagazzinare informazioni quantistiche. Le distanze tra i vari gate devono essere minimizzate per limitare le influenze ambientali. Imec è riuscita a creare una rete funzionante di qubit con distanze di circa 6 nanometri. Grazie alle dimensioni nanometriche di questa componente hardware, teoricamente si possono integrare milioni di qubit su un singolo chip.

« La litografia EUV ad alta NA permette di strutturare con precisione i qubit a punti quantici di silicio. Poiché la forza di accoppiamento tra punti quantici adiacenti aumenta esponenzialmente con la riduzione della distanza tra loro, dobbiamo strutturare con affidabilità gap di pochi nanometri tra gli elettrodi di controllo dei punti quantici. È una vera impresa tecnica, resa possibile dai nostri team di integrazione e strutturazione e dalla tecnologia EUV ad alta NA di ASML », afferma Kristiaan De Greve, Fellow di imec e direttore del programma di calcolo quantistico.

Questa dimostrazione si basa su risultati precedenti di imec con qubit spin di punti quantici di silicio, che avevano già dimostrato che processi compatibili con CMOS possono portare a basso rumore di carica e a un funzionamento stabile dei qubit. Integrando la litografia EUV ad alta NA nel processo produttivo, si passa dalla dimostrazione di singoli elementi di laboratorio alla produzione riproducibile di qubit adatti a impianti di produzione da 300 mm.

Sebbene sia evidente che la litografia EUV ad alta NA sarà fondamentale per tecnologie logiche e di memoria con larghezze di struttura inferiori a 2 nm, che guideranno la rapida crescita dell’IA avanzata e dei supercomputer, ora appare chiaro che giocherà anche un ruolo centrale nell’hardware del futuro calcolo quantistico.