Natuurkundigen en ingenieurs hebben een manier gevonden om onvolkomenheden in materialen te identificeren en aan te pakken voor een van de meest veelbelovende technologieën in commerciële kwantumcomputers.

Het team van de University of Queensland was in staat om behandelingen te ontwikkelen en fabricageprotocollen te optimaliseren in algemene technieken voor het bouwen van supergeleidende circuits op siliciumchips.

Dr. Peter Jacobson, die het onderzoek leidde, zei dat het team had vastgesteld dat onvolkomenheden die tijdens de fabricage werden geïntroduceerd, de effectiviteit van de circuits verminderden.

"Supergeleidende kwantumcircuits trekken belangstelling van industriereuzen zoals Google en IBM, maar wijdverbreide toepassing wordt belemmerd door 'decoherentie', een fenomeen waardoor informatie verloren gaat, " hij zei.

"Decoherentie is voornamelijk te wijten aan interacties tussen het supergeleidende circuit en de siliciumchip - een natuurkundig probleem - en aan materiële onvolkomenheden die tijdens de fabricage zijn geïntroduceerd - een technisch probleem."

"Dus we hadden input van natuurkundigen en ingenieurs nodig om een ​​oplossing te vinden."

Het team gebruikte een methode genaamd terahertz scanning near-field optische microscopie (THz SNOM) - een atoomkrachtmicroscoop gecombineerd met een THz-lichtbron en -detector.

Dit leverde een combinatie op van een hoge ruimtelijke resolutie - tot op de grootte van virussen - en lokale spectroscopische metingen.

Professor Aleksandar Rakić zei dat de techniek sonderen op nanoschaal mogelijk maakte in plaats van op macroschaal door licht op een metalen punt te concentreren.

"Dit biedt ons nieuwe toegang om te begrijpen waar onvolkomenheden zich bevinden, zodat we decoherentie kunnen verminderen en verliezen in supergeleidende kwantumapparaten kunnen helpen verminderen, " zei professor Rakić.

"We ontdekten dat veelgebruikte fabricagerecepten onbedoeld onvolkomenheden in de siliciumchips introduceren, die bijdragen aan decoherentie."

"En we hebben ook aangetoond dat oppervlaktebehandelingen deze onvolkomenheden verminderen, wat op zijn beurt de verliezen in de supergeleidende kwantumcircuits vermindert."

Universitair hoofddocent Arkady Fedorov zei dat dit het team in staat stelde te bepalen waar in het proces defecten werden geïntroduceerd en fabricageprotocollen te optimaliseren om deze aan te pakken.

"Onze methode maakt het mogelijk om hetzelfde apparaat meerdere keren te onderzoeken, in tegenstelling tot andere methoden die vaak vereisen dat de apparaten worden versneden voordat ze worden gesondeerd, ' zei Dr. Fedorov.

"De resultaten van het team bieden een pad naar het verbeteren van supergeleidende apparaten voor gebruik in kwantumcomputertoepassingen."

In de toekomst, THz SNOM kan worden gebruikt om nieuwe manieren te definiëren om de werking van kwantumapparaten en hun integratie in een levensvatbare kwantumcomputer te verbeteren.

De resultaten zijn gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven .