Para insinyur mendemonstrasikan platform perangkat keras fleksibel pertama untuk integrasi qubit spin silikon pada wafer 300 mm
Electronics

Para insinyur mendemonstrasikan platform perangkat keras fleksibel pertama untuk integrasi qubit spin silikon pada wafer 300 mm


Gbr 1. Contoh platform 300mm fleksibel dapat digunakan untuk: merancang gerbang qubit dengan litografi berkas listrik untuk (a) titik kuantum ganda di bawah P1 dan P2 dengan titik sensor muatan antara LB dan RB; (b) tiga titik kuantum di bawah P1, P2, dan P3; dan (c) larik titik kuantum linier. Kredit: imec

Pada Pertemuan Perangkat Elektron Internasional IEEE (IEDM2020), hub R&D IMEC mendemonstrasikan platform perangkat keras fleksibel pertama untuk integrasi qubit spin silikon pada wafer 300 mm. Fisikawan dari IMEC juga mengusulkan cara baru untuk mengoperasikan banyak qubit dalam array linier dan untuk menggabungkan elektronik klasik dengan sirkuit kuantum pada suhu rendah. Ini adalah langkah maju yang signifikan dalam pengembangan prosesor kuantum silikon skala besar, yang disorot sebagai teknologi kunci yang muncul di IEDM.

Teknologi apa yang akan digunakan untuk membangun komputer kuantum masa depan? Belum ada pemenang yang jelas dalam perlombaan kuantum. Pengembangan komputer kuantum komersial generasi pertama terutama bergantung pada qubit superkonduktor atau ion yang terperangkap, tetapi komputer kuantum yang didasarkan pada qubit spin semikonduktor membuat langkah besar. Beberapa tahun terakhir, sistem quantum-dot berbasis silikon telah menunjukkan waktu koherensi yang lama dan pengoperasian dengan ketelitian tinggi dalam pengaturan laboratorium. Qubit berbasis silikon menarik untuk penggunaan potensial dalam prosesor kuantum skala besar karena mereka kompatibel dengan teknologi yang ditangani oleh industri microchip selama lebih dari setengah abad. Proses mapan ini memungkinkan produksi volume tinggi, yang membuat qubit semikonduktor nyaman dalam hal skalabilitas. Tetapi untuk menskalakan prototipe qubit yang ada menjadi beberapa array qubit membutuhkan teknik fabrikasi tingkat lanjut.

Untuk mengatasi tantangan ini, IMEC telah memanfaatkan keahlian hebat 300 mm dan mengembangkan proses yang secara optimal menggabungkan litografi berkas optik dan elektron untuk membuat qubit spin silikon. Platform desain didasarkan pada teknologi fabrikasi wafer silikon 300 mm standar industri, bukan proses laboratorium khusus. Pergeseran dari lab ke hebat terjadi tanpa kehilangan fleksibilitas apa pun: Platform ini memungkinkan modifikasi desain tata letak saat itu juga. Fleksibilitas ini memungkinkan untuk menggabungkan struktur yang berbeda di wafer 300 mm, dari perangkat titik kuantum ganda ke array qubit satu dimensi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

“Platform fabrikasi 300 mm adalah kotak peralatan perangkat keras serbaguna pertama yang memungkinkan desain perangkat qubit yang fleksibel,” kata Iuliana Radu, direktur program di IMEC, di mana dia memimpin aktivitas komputasi kuantum.

Para insinyur mendemonstrasikan platform perangkat keras fleksibel pertama untuk integrasi qubit spin silikon pada wafer 300 mm

Gambar 2. (a) Penampang melintang skematis dari titik ganda yang ditentukan oleh gerbang yang sama seperti Gambar 1 (b). (b) Sirkuit ekivalen dari titik ganda. (c) Peta konduktansi yang menunjukkan kemampuan untuk mengontrol kopling antara titik ganda untuk perangkat nMOS (atas) dan pMOS (bawah). Potensi titik 1 dan 2 diubah dengan menyetel Tegangan pada dua gerbang pendorong P1 dan P2, sedangkan B2 mengontrol kopling antar-titik. Dalam rezim kopling lemah (kiri), titik 1 dan 2 dipisahkan dan sangat sulit bagi elektron / lubang untuk melompat dari satu sisi ke sisi lainnya. Peta konduktansi (kiri) menunjukkan titik-titik terisolasi ketika tingkat energi antara titik-titik sejajar. Dalam rezim kopling menengah, tingkat titik ganda mulai berhibridisasi dan peta konduktansi (tengah) menunjukkan pola sarang lebah. Dalam rezim kopling yang kuat, dua titik bergabung menjadi satu. Kredit: imec

Platform integrasi fleksibel untuk qubit spin silikon disajikan dalam sesi fokus pada teknologi kunci yang muncul pada IEDM 2020. Para peneliti IMEC mendemonstrasikan kemampuan untuk memanipulasi titik-titik kuantum individu dari sirkuit eksternal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

“Jika sebuah elektron terperangkap di salah satu titik kuantum, kita dapat memanipulasinya dengan sinyal RF. Kita dapat mengontrol sudut di mana spin elektron menunjuk, tetapi kita juga dapat mengubah kopling terowongan antara kuantum yang berdekatan. titik. Ini adalah prasyarat untuk operasi qubit, “jelas Ruoyu Li, insinyur perangkat di IMEC.

Dengan memindahkan penelitian qubit ke pabrikan 300 mm yang fleksibel, langkah penting pertama telah diambil di jalur pengembangan prosesor kuantum spin silikon skala besar. “Langkah selanjutnya adalah menggunakan platform untuk studi lebih lanjut tentang bagaimana membangun dan bagaimana mengoperasikan array qubit yang besar,” kata Radu. “Kami juga terbuka untuk kolaborasi dengan start-up yang tertarik untuk mengeksploitasi platform 300 mm kami untuk memasuki industri komputasi kuantum yang sedang berkembang.”

Para insinyur mendemonstrasikan platform perangkat keras fleksibel pertama untuk integrasi qubit spin silikon pada wafer 300 mm

Komputasi kuantum berpindah dari lab ke fab. Melihat ke dalam kamar bersih imec. Kredit: imec

Cara mengoperasikan sejumlah besar qubit

Sementara itu, grup kuantum IMEC sedang mengerjakan langkah-langkah selanjutnya ini. Mampu mengontrol satu qubit tidak cukup untuk komputasi skala besar; Anda juga perlu berurusan dengan interaksi fisik antara qubit itu dan tetangga terdekatnya. “Setelah kita dapat membangun dan mengukur array besar qubit, kita perlu mencari cara untuk mengimplementasikan gerbang logika dalam array ini,” jelas George Simion, fisikawan teoritis di IMEC. Untuk mengatasi tantangan ini, dia mengusulkan cara yang dapat diskalakan untuk mengoperasikan banyak qubit dalam array linier. Proposal didasarkan pada nanomagnets dan memungkinkan untuk meningkatkan ukuran larik qubit sementara qubit masih dapat ditangani secara individual.

Menempatkan elektronik klasik di dalam lemari es

Tantangan lain untuk membangun komputer kuantum penuh adalah masalah teknik menghubungkan qubit dengan sirkuit klasik. Tantangannya menjadi semakin sulit dengan meningkatnya jumlah qubit, karena Anda mungkin akan mendapatkan jutaan kabel input dan output yang kusut. “Masalah perkabelan ini dapat diselesaikan dengan membawa elektronik antarmuka klasik lebih dekat ke qubit. Ini berarti bahwa beberapa elektronik klasik harus ditempatkan di lemari es di mana qubit berada — beroperasi pada suhu mili-Kelvin. Ini telah mengarahkan penelitian ke antarmuka. elektronik yang dapat beroperasi pada suhu rendah untuk menggerakkan dan membaca beberapa status qubit, “kata Jan Craninckx, diundang untuk berbicara di IEDM tentang sirkuit yang diperlukan untuk menggerakkan qubit. Dalam makalah ikhtisar dia menjelaskan bagaimana properti transistor CMOS skala nano sangat cocok untuk tugas ini, ketika dimodelkan dengan benar.

“Masih banyak penelitian yang perlu dilakukan, bahkan pada CMOS standar, untuk membangun pemahaman ini” tutup Iuliana Radu. “Jalan menuju komputer kuantum yang berguna penuh dengan rintangan, tetapi selangkah demi selangkah kami bergerak ke arah yang benar,”


Cryo-chip mengatasi hambatan bagi komputer kuantum skala besar


Informasi lebih lanjut:
Lebih detail dapat ditemukan dalam 3 makalah yang dipresentasikan pada konferensi IEDM 2020 (ieee-iedm.org/):

Platform Si MOS terintegrasi 300 mm yang fleksibel untuk eksplorasi qubit elektron dan lubang spin
Array Qubit Silicon Satu Dimensi yang Skalabel dengan Nanomagnets
CMOS Cryo-Electronics untuk Komputasi Kuantum

Kutipan: Insinyur mendemonstrasikan platform perangkat keras fleksibel pertama untuk integrasi qubit spin silikon pada wafer 300 mm (2020, 21 Desember) yang diambil pada 21 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-flexible-hardware-platform-silicon- qubit.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel Hongkong