Imec разрабатывает квантовые точки с использованием 300-мм технологии CMOS

Imec, ведущий мировой исследовательский и инновационный центр в области наноэлектроники и цифровых технологий, сегодня объявил о демонстрации высококачественной обработки спиновых кубитов на основе квантовых точек кремния диаметром 300 мм с помощью устройств, обеспечивающих статистически значимый средний зарядовый шум 0,6 мкэВ/√ Гц на 1 Гц. С точки зрения шумовых характеристик полученные значения являются самыми низкими значениями шума заряда, достигнутыми на 300-мм совместимой с производителем платформе.

Такие низкие значения шума обеспечивают высокоточное управление кубитами, поскольку снижение шума имеет решающее значение для поддержания квантовой когерентности и высокоточного управления. Демонстрируя эти значения неоднократно и воспроизводимо на 300-миллиметровом процессе квантовых точек Si MOS, эта работа делает реалистичной возможность создания крупномасштабных квантовых компьютеров на основе квантовых точек Si.

Спиновые кубиты Si-квантовых точек являются многообещающими строительными блоками для реализации крупномасштабных квантовых компьютеров по двум основным причинам. Во-первых, спиновые кубиты Si с длительным временем квантовой когерентности (показатель, отражающий их способность хранить квантовую информацию в течение длительного времени) и высокоточными операциями квантовых вентилей неоднократно демонстрировались в лабораторных условиях и, следовательно, являются хорошо зарекомендовавшей себя и проверенной технологией с реалистичные перспективы. Во-вторых, что потенциально более важно для долгосрочной жизнеспособности, лежащая в основе технология совместима и тесно связана с технологиями производства КМОП и, как таковая, предлагает возможность единообразия и производительности в масштабе пластины с необходимыми усовершенствованными внутренними соединениями. структур квантовых точек Si, которые необходимы для по-настоящему крупномасштабных квантовых чипов с миллионами или даже миллиардами кубитов, работающих синхронно.

Существует несколько типов спиновых кубитов из квантовых точек Si, и они изучаются в imec. В этой работе спиновые кубиты квантовых точек были определены структурами квантовых точек металл-оксид-полупроводник (МОП), которые напоминают модифицированные транзисторные структуры для захвата одного спина электрона или дырки. Чтобы достичь длительного времени квантовой когерентности, шум и, в частности, зарядовый шум квантовой точки должен быть как можно более низким. Этот шум обычно возникает из-за остаточных зарядов, захваченных поблизости или даже внутри квантовой точки, и их удаление является ключом к повышению производительности спиновых кубитов. В конечном итоге это определяется полным стеком обработки структуры кубита с квантовой точкой, поскольку любые вносимые туда дефекты необходимо минимизировать. Хотя это может быть реализовано с помощью лабораторных методов, таких как очень щадящие процессы отрыва, которые уменьшают повреждение процесса, методы промышленного производства, такие как субтрактивное травление и нанесение рисунка на основе литографии, как показали, легко приводят к ухудшению качества устройства и интерфейса, особенно при интерфейс Si/SiO2 вблизи кубитов квантовых точек. В результате зарядовый шум структур квантовых точек на основе Si/SiO2, изготовленных на профессиональных производственных предприятиях, обычно выше, чем значения, полученные с помощью лабораторной обработки.

Благодаря тщательной оптимизации и разработке 300-мм МОП-затвора на основе Si/SiO2 компания imec достигла рекордно низкого среднего уровня зарядового шума всего 0,6 мкэВ/√ Гц (при 1 Гц) на 300-мм пластинах и охарактеризовала его с помощью статистических методов.. Кристиан Де Греве, научный сотрудник imec и директор программы квантовых вычислений imec:
«Мы продемонстрировали уровни зарядового шума, которые, в зависимости от источника, на пол-порядка-один порядок ниже, по сравнению с современными структурами квантовых точек Si на основе фабрик, и достигли удивительно однородного квантового шума. Наши результаты подтверждают, что 300-мм Si MOS является привлекательной материальной платформой для спиновых кубитов с квантовыми точками, и подчеркивают зрелость технологий промышленного изготовления для разработки кубитов».

Кроме того, методы статистического анализа, использованные для характеристики устройств с низким зарядным шумом, позволили получить фундаментальное представление об их происхождении. «Знание источника зарядового шума даст нам указания по дальнейшей оптимизации структур квантовых точек», — добавляет Де Греве. «Среда кубитов с низким уровнем шума и продемонстрированная единообразность производства КМОП — это только начало серии перспективных технологических разработок для масштабирования квантовых чипов до возможных практических квантовых вычислений, которые, при нынешнем понимании, потребуют миллионов физических кубитов».

Результаты, приведенные выше, были опубликованы в статье журнала Nature Partner Journals.

Источник: Imec