Uniek ter wereld: imec presenteert een kwantumdot-qubit-blok, vervaardigd met high-NA EUV-lithografie

Werkend Qubit-array met afstanden tussen de plunger- (P) en barrière- (B) )-poorten van bijna 6 nanometer, mogelijk gemaakt door high-NA-EUV-lithografie. De afbeelding toont ook de accumulatie- (A) en insluitings- (C) poorten.

    1. Imec presenteert wereldwijd voor het eerst een quantumdot-qubit-component die met behulp van High-NA-EUV-lithografie is vervaardigd.
    2. Deze demonstratie is een mijlpaal op weg naar de industriële schaalvergroting van betrouwbaardere qubits, de fundamentele rekeneenheden van quantumcomputers. Quantumcomputers zullen bij bepaalde rekenproblemen, zoals de ontwikkeling van nieuwe medicijnen of de simulatie van fysische processen, exponentieel betere prestaties leveren.
    3. Door te bouwen op een basislaag van nauwkeurig vervaardigde structuren met behulp van de High-NA-technologie is imec erin geslaagd een functioneel netwerk van qubits te creëren met afstanden van slechts bijna 6 nanometer. Dankzij de nanoschaalafmetingen van deze hardwarecomponent kunnen theoretisch miljoenen quantumbits op één enkele chip worden geïntegreerd.
    4. „We kunnen terugvallen op decennia van innovaties in de halfgeleidersector en het volledige ecosysteem van silicium-schaalvergroting benutten om quantumbouwstenen verder te brengen dan laboratoriumexperimenten naar grootschalige productie. Hier hebben siliciumgebaseerde qubits een duidelijk voordeel“, legt Sofie Beyne uit, projectleider en ingenieur voor quantumintegratie bij imec.

imec, een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum voor geavanceerde halfgeleidertechnologieën, presenteerde op de ITF World een wereldprimeur: een quantumdot-qubit-component die met behulp van High-NA-EUV-lithografie is vervaardigd. Deze prestatie is een mijlpaal op weg naar de industriële schaalvergroting van betrouwbaardere qubits, de fundamentele rekeneenheden van quantumcomputers. Voor zover bekend is dit de eerste geïntegreerde hardware-component die met behulp van High-NA-EUV-lithografie is gemaakt.

Bij bepaalde complexe rekenproblemen, zoals de ontwikkeling van nieuwe medicijnen of de simulatie van fysische processen, zou een quantumcomputer exponentieel betere prestaties kunnen leveren dan klassieke computers. Om echter een inzetbare quantumcomputer te verkrijgen, moeten we opschaling bereiken tot miljoenen onderling verbonden qubits (de rekeneenheden van een quantumcomputer), en dat met hoge betrouwbaarheid en precieze controle.

Van de verschillende momenteel onderzochte quantumplatforms worden silicium-quantumdot-spin-qubits als veelbelovende kandidaat voor industriële opschaling beschouwd en worden ze vaak aangeduid als „de qubits van de industrie“. Het fabricageproces is grotendeels compatibel met de productie van standaard computerchips op siliciumbasis (CMOS) – een onderzoeksgebied waarin imec zich in de afgelopen decennia heeft ontwikkeld tot een wereldwijd erkende autoriteit.

„We kunnen terugvallen op decennia van innovaties in de halfgeleidersector en het volledige ecosysteem van silicium-schaalvergroting benutten om quantumbouwstenen verder te ontwikkelen dan laboratoriumexperimenten naar grootschalige, industrieel produceerbare systemen. Hier hebben siliciumgebaseerde qubits een duidelijk voordeel“, legt Sofie Beyne uit, projectleider en ingenieur voor quantumintegratie bij imec.

Silicium-quantumdot-spin-qubits omvatten het insluiten van een elektron in een siliciumnanostructuur (de gate-laag). De „spin-toestand“ van het ingesloten elektron wordt gebruikt voor het opslaan van quantuminformatie. De afstanden tussen de verschillende gates moeten worden geminimaliseerd om omgevingsinvloeden te beperken. imec is erin geslaagd een werkend netwerk van qubits te creëren met afstanden van slechts ongeveer 6 nanometer. Dankzij de nanoschaalafmetingen van deze hardwarecomponent kunnen theoretisch miljoenen quantumbits op één enkele chip worden geïntegreerd.

„High-NA-EUV maakt de precieze structurering van silicium-quantum-dot-qubits mogelijk. Aangezien de koppelingsterkte tussen aangrenzende quantumdots exponentieel toeneemt met de afstand ertussen, moeten we betrouwbaar spleten van enkele nanometers tussen de controle-elektroden van de quantumdots structureren. Dit is een echte technische prestatie, die we te danken hebben aan onze integratie- en structurerings- teams en de uitstekende High-NA-EUV-technologie van ASML“, zegt Kristiaan De Greve, imec Fellow en programmaleider voor quantumcomputing.

Deze demonstratie bouwt voort op eerdere resultaten van imec met spin-qubits uit silicium-quantumdots, die al hebben aangetoond dat CMOS-compatibele processen kunnen leiden tot laag ladingsruis en stabiel qubit-gedrag. Door de integratie van High-NA-EUV-lithografie in het productieproces verschuift de focus van enkele demonstratiecomponenten in het laboratorium naar reproduceerbare quantumbits die geschikt zijn voor 300-mm-fabrikagefaciliteiten.

Het is duidelijk dat High-NA-EUV-lithografie cruciaal zal zijn voor logica- en geheugentechnologieën met een structuurbreedte onder de 2 nm, die de snelle groei van geavanceerde AI en high-performance computing zullen stimuleren. Maar het wordt nu ook duidelijk dat het een centrale rol zal spelen bij de hardware voor de toekomstige quantumcomputing.