Na skalę światową unikalne: imec prezentuje element kubitów punktów kwantowych, który został wyprodukowany za pomocą litografii EUV o wysokiej NA

Działająca tablica kubitów z odległościami między bramkami plunger (P) i barierowymi (B) wynoszącymi zaledwie 6 nanometrów, umożliwiona przez litografię EUV o wysokiej numerycznej aperturze (High-NA). Na obrazku widać również bramki akumulacji (A) i zamknięcia (C).

    1. Imec po raz pierwszy na świecie prezentuje element kwantowego bitu (qubit) oparty na punkcie kwantowym, wyprodukowany za pomocą lithografii High-NA-EUV.
    2. Ta demonstracja jest kamieniem milowym na drodze do przemysłowego skalowania bardziej niezawodnych qubitów, podstawowych jednostek obliczeniowych komputerów kwantowych. Komputery kwantowe będą wykazywać wykładniczo lepszą wydajność w niektórych zadaniach obliczeniowych, takich jak opracowywanie nowych leków czy symulacja procesów fizycznych.
    3. Dzięki budowie na warstwie bazowej z precyzyjnie wykonanych struktur przy użyciu technologii High-NA udało się imec wyprodukować funkcjonalną sieć qubitów z odległościami zaledwie nieco ponad 6 nanometrów. Ze względu na nanoskalowe wymiary tego komponentu sprzętowego, teoretycznie można zintegrować miliony kwantowych bitów na jednym chipie.
    4. „Możemy korzystać z dziesięcioleci innowacji w dziedzinie półprzewodników i wykorzystać cały ekosystem skalowania krzemu, aby przenieść kwantowe elementy z etapów eksperymentów laboratoryjnych do masowej produkcji. W tym zakresie kwantowe bity oparte na krzemie mają wyraźną przewagę”, wyjaśnia Sofie Beyne, kierowniczka projektu i inżynierka ds. integracji kwantowej w imec.

imec, światowy lider w dziedzinie badań i innowacji w zaawansowanych technologiach półprzewodnikowych, zaprezentował na konferencji ITF World światową premierę: element kwantowego bitu (qubit) oparty na punkcie kwantowym, wyprodukowany przy użyciu lithografii High-NA-EUV. To osiągnięcie jest kamieniem milowym na drodze do przemysłowego skalowania bardziej niezawodnych qubitów, podstawowych jednostek obliczeniowych komputerów kwantowych. Jak dotąd, jest to pierwszy zintegrowany element sprzętowy wyprodukowany za pomocą lithografii High-NA-EUV.

W niektórych złożonych zadaniach obliczeniowych, takich jak opracowywanie nowych leków czy symulacja procesów fizycznych, komputer kwantowy może wykazywać wykładniczo lepszą wydajność niż klasyczne komputery. Jednak aby uzyskać funkcjonalny komputer kwantowy, musimy osiągnąć skalowanie do milionów połączonych ze sobą qubitów (jednostek obliczeniowych komputera kwantowego) z wysoką niezawodnością i precyzyjnym sterowaniem.

Wśród różnych obecnie badanych platform kwantowych, kwantowe bity spinowe oparte na punkcie kwantowym w krzemie są uważane za obiecującego kandydata do przemysłowego skalowania i często określa się je mianem „kwantowych bitów przemysłu”. Ich proces produkcji jest w dużej mierze kompatybilny z produkcją standardowych chipów komputerowych opartych na krzemie (CMOS) – obszaru badań, w którym imec rozwinął się w ciągu ostatnich dekad jako światowa autorytet.

„Możemy korzystać z dziesięcioleci innowacji w dziedzinie półprzewodników i wykorzystać cały ekosystem skalowania krzemu, aby rozwijać kwantowe elementy wykraczające poza eksperymenty laboratoryjne do dużych, przemysłowo produkowanych systemów. W tym zakresie kwantowe bity oparte na krzemie mają wyraźną przewagę”, wyjaśnia Sofie Beyne, kierowniczka projektu i inżynierka ds. integracji kwantowej w imec.

Kwantowe bity spinowe oparte na punkcie kwantowym w krzemie obejmują elektron uwięziony w nanostrukturze krzemowej (warstwa bramki). Stan „spin” uwięzionego elektronu jest wykorzystywany do przechowywania informacji kwantowej. Odległości między różnymi bramkami muszą być minimalizowane, aby ograniczyć wpływ otoczenia. Imec udało się wyprodukować funkcjonalną sieć qubitów z odległościami zaledwie około 6 nanometrów. Dzięki nanoskalowym wymiarom tego komponentu sprzętowego, teoretycznie można zintegrować miliony kwantowych bitów na jednym chipie.

„High-NA-EUV umożliwia precyzyjne strukturalne ukształtowanie kwantowych bitów opartych na punkcie kwantowym w krzemie. Ponieważ siła sprzężenia między sąsiednimi kwantowymi punktami rośnie wykładniczo wraz z odległością między nimi, musimy niezawodnie strukturalizować luki o kilku nanometrach między elektrodami sterującymi kwantowe punkty. To prawdziwe osiągnięcie techniczne, które zawdzięczamy naszym zespołom integracji i strukturyzacji oraz wyjątkowej technologii High-NA-EUV firmy ASML”, mówi Kristiaan De Greve, Fellow imec i dyrektor programu ds. komputerów kwantowych.

Ta demonstracja opiera się na wcześniejszych wynikach imec z kwantowymi bitami spinowymi opartymi na krzemowych punktach kwantowych, które już wykazały, że procesy zgodne z CMOS mogą prowadzić do niskiego szumu ładunkowego i stabilnej pracy qubitów. Dzięki integracji lithografii High-NA-EUV w proces produkcyjny, fokus przesuwa się z pojedynczych elementów demonstracyjnych w laboratorium na powtarzalne kwantowe bity, które nadają się do produkcji na taśmie 300 mm.

Chociaż oczywiste jest, że lithografia High-NA-EUV będzie kluczowa dla technologii logiki i pamięci o strukturze poniżej 2 nm, które napędzą szybki rozwój zaawansowanej sztucznej inteligencji i superkomputerów, teraz wyraźnie widać, że odegra ona również centralną rolę w sprzęcie dla przyszłych komputerów kwantowych.