Het tijdschrift Natuur heeft een onderzoeksartikel gepubliceerd, "Probing single elektronen over 300-mm spin qubit wafers", waarin de state-of-the-art uniformiteit, betrouwbaarheid en meetstatistieken van spin qubits worden aangetoond. Het toonaangevende onderzoek opent de deur voor de massaproductie en voortdurende schaalvergroting van op silicium gebaseerde kwantumprocessors, die allemaal vereisten zijn voor het bouwen van een fouttolerante kwantumcomputer.

Quantumhardwareonderzoekers van Intel ontwikkelden een cryogeen sondeerproces van 300 millimeter om grote hoeveelheden gegevens te verzamelen over de prestaties van spinqubit-apparaten over hele wafers met behulp van complementaire productietechnieken van metaaloxidehalfgeleiders (CMOS).

De verbeteringen in de opbrengst van qubit-apparaten, gecombineerd met het testproces met hoge doorvoer, stelden onderzoekers in staat aanzienlijk meer gegevens te verkrijgen om de uniformiteit te analyseren, een belangrijke stap die nodig is om kwantumcomputers op te schalen. Onderzoekers ontdekten ook dat apparaten met één elektron van deze wafers goed presteren als ze als spinqubits worden gebruikt, en een gate-fidelity van 99,9% bereiken. Deze betrouwbaarheid is de hoogst gerapporteerde voor qubits gemaakt met productie uit de gehele CMOS-industrie.

Het kleine formaat van spinqubits, met een doorsnede van ongeveer 100 nanometer, maakt ze dichter dan andere qubit-typen (bijvoorbeeld supergeleidend), waardoor complexere kwantumcomputers kunnen worden gemaakt op een enkele chip van dezelfde grootte. De fabricageaanpak werd uitgevoerd met behulp van extreem-ultraviolette (EUV)-lithografie, waardoor Intel deze krappe afmetingen kon bereiken en tegelijkertijd in grote volumes kon produceren.

Voor het realiseren van fouttolerante kwantumcomputers met miljoenen uniforme qubits zijn zeer betrouwbare fabricageprocessen nodig. Voortbouwend op zijn expertise op het gebied van de productie van transistors, loopt Intel voorop bij het creëren van silicium-spinqubits die vergelijkbaar zijn met transistors, door gebruik te maken van de geavanceerde 300-millimeter CMOS-productietechnieken, die routinematig miljarden transistors per chip produceren.

Voortbouwend op deze bevindingen is Intel van plan vooruitgang te blijven boeken bij het gebruik van deze technieken om meer verbindingslagen toe te voegen om 2D-arrays te fabriceren met een groter aantal qubits en connectiviteit, en om high-fidelity twee-qubit-poorten te demonstreren in zijn industriële productieproces. De belangrijkste prioriteit blijft echter het opschalen van kwantumapparaten en het verbeteren van de prestaties met de volgende generatie kwantumchips.

Meer informatie: Samuel Neyens et al, Afzonderlijke elektronen onderzoeken in spinqubit-wafels van 300 mm, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07275-6

Journaalinformatie: Natuur

Geleverd door Intel