UNSW-onderzoekers van het Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) hebben voor het eerst aangetoond dat ze qubits met atomaire precisie kunnen bouwen in een 3D-apparaat - weer een belangrijke stap in de richting van een universele kwantumcomputer.

Het team van onderzoekers, geleid door 2018 Australiër van het Jaar en directeur van CQC2T Professor Michelle Simmons, hebben aangetoond dat ze hun atomaire qubit-fabricagetechniek kunnen uitbreiden naar meerdere lagen van een siliciumkristal, waarmee ze een cruciaal onderdeel van de 3D-chiparchitectuur hebben bereikt die ze in 2015 aan de wereld hebben geïntroduceerd. Dit nieuwe onderzoek werd vandaag gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

De groep is de eerste die de haalbaarheid aantoont van een architectuur die qubits op atomaire schaal gebruikt die zijn uitgelijnd om lijnen - die in wezen zeer smalle draden zijn - in een 3D-ontwerp te besturen.

Bovendien, het team was in staat om de verschillende lagen in hun 3D-apparaat met nanometerprecisie uit te lijnen - en toonde aan dat ze qubit-statussen konden uitlezen, een enkele opname, d.w.z. binnen één enkele meting, met zeer hoge betrouwbaarheid.

"Deze 3D-apparaatarchitectuur is een belangrijke vooruitgang voor atomaire qubits in silicium, ", zegt professor Simmons. "Om constant fouten in kwantumberekeningen te kunnen corrigeren - een belangrijke mijlpaal in ons vakgebied - moet je veel qubits parallel kunnen aansturen.

"De enige manier om dit te doen is door een 3D-architectuur te gebruiken, daarom hebben we in 2015 een verticale, kruiselingse architectuur ontwikkeld en gepatenteerd. Echter, er waren nog een reeks uitdagingen met betrekking tot de fabricage van dit meerlagige apparaat. Met dit resultaat hebben we nu laten zien dat het engineeren van onze aanpak in 3D mogelijk is op de manier waarop we het een paar jaar geleden voor ogen hadden."

In deze krant, het team heeft aangetoond hoe een tweede controlevlak of -laag bovenop de eerste laag qubits kan worden gebouwd.

"Het is een zeer ingewikkeld proces, maar in zeer eenvoudige bewoordingen, we bouwden het eerste vliegtuig, en vervolgens een techniek geoptimaliseerd om de tweede laag te laten groeien zonder de structuren in de eerste laag te beïnvloeden, " legt CQC2T-onderzoeker en co-auteur uit, Dr. Joris Keizer.

"Vroeger, critici zouden zeggen dat dat niet mogelijk is omdat het oppervlak van de tweede laag erg ruw wordt, en je zou onze precisietechniek niet meer kunnen gebruiken, maar In deze krant, we hebben laten zien dat we het kunnen, tegen de verwachting in."

Het team toonde ook aan dat ze deze meerdere lagen vervolgens met nanometerprecisie kunnen uitlijnen.

"Als je iets op de eerste siliciumlaag schrijft en er vervolgens een siliciumlaag op legt, u moet nog steeds uw locatie identificeren om componenten op beide lagen uit te lijnen. We hebben een techniek laten zien die uitlijning kan bereiken binnen minder dan 5 nanometer, wat heel bijzonder is, ' zegt dr. Keizer.

als laatste, de onderzoekers waren in staat om de qubit-uitvoer van het 3D-apparaat te meten met wat single shot wordt genoemd, d.w.z. met een enkele, nauwkeurige meting, in plaats van te moeten vertrouwen op het gemiddelde van miljoenen experimenten. "Dit zal ons verder helpen om sneller op te schalen, " legt dr. Keizer uit.

Op weg naar commercialisering

Professor Simmons zegt dat dit onderzoek een belangrijke mijlpaal in het veld is.

"We werken systematisch toe naar een grootschalige architectuur die ons zal leiden naar de uiteindelijke commercialisering van de technologie.

"Dit is een belangrijke ontwikkeling op het gebied van quantum computing, maar het is ook best spannend voor SQC, " zegt professor Simmons, die ook de oprichter en directeur van SQC is.

Sinds mei 2017, Australië's eerste kwantumcomputerbedrijf, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), heeft gewerkt aan het creëren en commercialiseren van een kwantumcomputer op basis van een suite van intellectueel eigendom ontwikkeld bij CQC2T en zijn eigen intellectuele eigendom.

"Hoewel we nog minstens tien jaar verwijderd zijn van een grootschalige kwantumcomputer, het werk van CQC2T blijft in de voorhoede van innovatie op dit gebied. Concrete resultaten zoals deze bevestigen onze sterke positie internationaal, " besluit ze.