Ученые демонстрируют трехмерную архитектуру квантовых чипов
Ученые демонстрируют первую в мире трехмерную архитектуру квантовых чипов на атомном уровне.
Исследователи UNSW из Центра передовых технологий квантовых вычислений и коммуникаций (CQC2T) впервые показали, что они могут создавать кубиты атомной точности в трехмерном устройстве — еще один важный шаг к универсальному квантовому компьютеру.
Команда исследователей, возглавляемая австралийцем года 2018 и директором CQC2T профессором Мишель Симмонс, продемонстрировала, что они могут распространить свою технологию изготовления атомных кубитов на несколько слоев кристалла кремния — достигнув критического компонента архитектуры трехмерных чипов что они представили миру в 2015 году. Это новое исследование было опубликовано сегодня в Nature Nanotechnology .
Эта группа первой продемонстрировала осуществимость архитектуры, в которой используются кубиты атомного масштаба, выровненные по контрольным линиям — которые по сути являются очень узкими проводами — внутри трехмерного проекта.
Более того, команда смогла выровнять различные слои в своем трехмерном устройстве с точностью до нанометра — и показала, что они могут считывать состояния кубита за один раз, то есть за одно измерение, с очень высокой точностью воспроизведения.
«Эта трехмерная архитектура устройства является значительным достижением для атомных кубитов в кремнии», — говорит профессор Симмонс. «Чтобы иметь возможность постоянно исправлять ошибки в квантовых вычислениях, что является важной вехой в нашей области, вы должны иметь возможность контролировать множество кубитов параллельно.
«Единственный способ сделать это — использовать трехмерную архитектуру, поэтому в 2015 году мы разработали и запатентовали вертикальную перекрестную архитектуру. Тем не менее, все еще был ряд проблем, связанных с изготовлением этого многоуровневого устройства. В результате мы теперь показали, что разработка нашего подхода в 3-D возможна так, как мы это представляли несколько лет назад ».
В этой статье команда продемонстрировала, как построить вторую плоскость управления или слой поверх первого слоя кубитов.
«Это очень сложный процесс, но в очень простых сроках мы построили первую плоскость, а затем оптимизировали технику для выращивания второго слоя без воздействия на структуры в первом слое», — объясняет исследователь и соавтор CQC2T, доктор Йорис Кейзер. ,
«В прошлом критики говорили, что это невозможно, потому что поверхность второго слоя становится очень шероховатой, и вы больше не сможете использовать нашу точную технику — однако в этой статье мы показали, что мы можем сделать это, вопреки ожиданиям «.
Команда также продемонстрировала, что они могут затем выровнять эти несколько слоев с точностью до нанометра.
«Если вы напишите что-нибудь на первом кремниевом слое, а затем наложите кремниевый слой сверху, вам все равно нужно будет указать свое местоположение, чтобы выровнять компоненты на обоих слоях. Мы показали методику, которая позволяет добиться выравнивания в пределах до 5 нанометров, что довольно экстраординарный, «говорит доктор Кейзер.
Наконец, исследователи смогли измерить выход кубита трехмерного устройства так называемым единичным выстрелом, т. Е. Одним точным измерением, вместо того, чтобы полагаться на усреднение миллионов экспериментов. «Это поможет нам быстрее масштабироваться», — объясняет доктор Кейзер.
На пути к коммерциализации
Профессор Симмонс говорит, что это исследование является важной вехой в этой области.
«Мы систематически работаем над созданием крупномасштабной архитектуры, которая приведет нас к возможной коммерциализации технологии.
«Это важное событие в области квантовых вычислений , но оно также весьма увлекательно для SQC», — говорит профессор Симмонс, который также является основателем и директором SQC.
С мая 2017 года первая в Австралии компания по производству квантовых компьютеров Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC) работает над созданием и коммерциализацией квантового компьютера на основе набора интеллектуальной собственности, разработанной в CQC2T, и собственной интеллектуальной собственности.
«Хотя до масштабного квантового компьютера нам еще не менее десяти лет, работа CQC2T остается на переднем крае инноваций в этой области. Конкретные результаты, подобные этим, подтверждают нашу сильную позицию на международном уровне», — заключает она.
