Kwantowa linia pilotażowa oparta na półprzewodnikach „SPINS” uruchomiona z wsparciem UE

Fraunhofer IPMS odgrywa kluczową rolę w ramach SPINS w wysokorozdzielczej strukturacji elementów kubitów i procesorów. © Fraunhofer IPMS

W kwietniu uruchomiono „SPINS” (Semiconductor Pilot line for Industrial Quantum NanoSystems), jedną z sześciu europejskich linii pilotażowych kwantowych. Konsorcjum koordynowane przez imec łączy 25 europejskich instytucji badawczych, partnerów przemysłowych i grup akademickich, aby wzmocnić pozycję Europy i jej suwerenność w tym strategicznie ważnym obszarze. Projekt linii pilotażowej SPINS o wartości 50 milionów euro został sfinansowany dzięki współfinansowaniu przez Chips Joint Undertaking (Chips JU) Unii Europejskiej oraz krajowe i regionalne władze państw uczestniczących.

Komputery kwantowe stały się wysoce strategiczną dziedziną, której znaczenie gospodarcze i społeczne rośnie w szybkim tempie. Zastosowania obejmują przełomy w badaniach nad lekami i naukach materiałowych, a także wysoce bezpieczne systemy komunikacji i nawigacji nowej generacji. Jednak wciąż istnieje luka między obecną fazą badań kwantowych a możliwymi do wyprodukowania procesorami kwantowymi, które umożliwiłyby szerokie zastosowania kwantowe. Skalowanie liczby stabilnych kubitów (do nawet miliarda) jest kluczem do budowy niezawodnych i odpornych na błędy komputerów kwantowych.

Ze względu na złożoność technologiczną, w tym chłodzenie kriogeniczne, ultradokładną elektronikę sterującą i wysoko wyspecjalizowane procesy produkcyjne, a także strategiczne znaczenie chipów kwantowych, UE utworzyła sześć uzupełniających się linii pilotażowych kwantowych, z których każda koncentruje się na określonej platformie sprzętowej i wspólnie promuje technologie kwantowe w obszarach komputera kwantowego, komunikacji i sensorów. W ramach tego portfela SPINS jest linią pilotażową, która zajmuje się spin-qubitami opartymi na półprzewodnikach, z naciskiem na dostarczanie chipów kwantowych do zastosowań w dziedzinie komputerów kwantowych.

Imec koordynuje działania tej nowej linii pilotażowej i prowadzi europejskie konsorcjum złożone z 25 partnerów, w tym instytucji badawczych takich jak Fraunhofer, VTT i CEA-Leti, przemysłu (zarówno dużych firm, takich jak Infineon i Siltronic, jak i MŚP oraz start-upów), aż po grupy akademickie (takie jak TU Delft i Uniwersytet Jyväskylä), które wnoszą uzupełniające wiedzę i umiejętności, mając na celu przekształcenie ram strategicznych EU-Chip w konkretne działania.

Do pierwszych działań konsorcjum SPINS należą optymalizacje procesów i projektów, mające na celu stworzenie solidnej podstawy dla skalowalnych, stabilnych i wydajnych spin-qubitów na trzech różnych platformach technologicznych: Si/SiGe, Ge/GeSi i SOI. SPINS dąży do ustanowienia od drogi od laboratorium do produkcji poprzez Multi-Project Wafers (MPW) i standardowe zestawy narzędzi do projektowania procesów kwantowych (PDK), co obniży bariery wejścia dla start-upów i MŚP w dziedzinie technologii kwantowych półprzewodników, a także położy fundamenty dla wczesnego rozwoju europejskich firm w zakresie wiedzy kwantowej.

Fraunhofer IPMS w ramach SPINS

Fraunhofer IPMS odgrywa kluczową rolę w wysokorozdzielczej strukturacji elementów kubitów i procesorów w ramach SPINS. Wszystkie kroki litograficzne, które wymagają rozdzielczości przekraczającej możliwości technik optycznych, są wykonywane w Fraunhofer IPMS. Umożliwia to precyzyjną, powtarzalną strukturację, niezbędną dla funkcjonalności i skalowalności kwantowych układów opartych na Si/SiGe.

Ponadto Fraunhofer IPMS znacząco przyczynia się do stabilności i dojrzałości procesu całej linii pilotażowej, zapewniając wysokiej klasy infrastrukturę czystych pomieszczeń, dostosowaną do powtarzalnych, skalowalnych procesów produkcji kubitów. Procesy stosowane w IPMS są tak zaprojektowane, aby obsługiwały zarówno platformy Si/SiGe, jak i Ge/SiGe, zapewniając wsparcie dla kilku uzupełniających się technologicznie ścieżek konsorcjum SPINS. Dodatkowo, wiedza ekspercka IPMS stanowi most do działań w ramach projektu UE QLSI2, w których testowana jest migracja na wysokorozdzielczą litografię i wafle 300 mm. Dzięki temu wczesne przygotowania do późniejszego przeniesienia wyników linii pilotażowej SPINS na przyszłą linię CMOS 300 mm są już realizowane.

Fraunhofer IPMS łączy wiodącą wiedzę badawczą z przemysłową dojrzałością procesów, znacząco wzmacniając technologiczną niezależność Europy w dziedzinie technologii kwantowych półprzewodników.

Linie pilotażowe kwantowe dla Europy

Uzupełniające obszary europejskich działań kwantowych obejmują oprócz linii pilotażowej opartej na półprzewodnikach, linie pilotażowe w dziedzinie fotoniki dla projektu kwantowego „P4Q” (koordynowany przez Uniwersytet Twente, NL) – do którego również przyczynia się imec – oraz kwantowe kubity w pułapkach jonowych „CHAMP-ION” (koordynowany przez SAL, AT), nadprzewodzące kubity „SUPREME” (koordynowany przez VTT, FI), diamentowe chipy kwantowe „DIREQT” (koordynowany przez CNR, IT) oraz neutralne atomy „Q PLANET” (koordynowany przez Pasqal, FR).