Kvanteforskere demonstrerer verdens første 3-D atomskala kvantechiparkitektur

UNSW-forskere ved Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) har for første gang vist, at de kan bygge atomære præcisionsqubits i en 3-D-enhed - endnu et stort skridt mod en universel kvantecomputer.

Holdet af forskere, ledet af årets australier 2018 og direktør for CQC2T professor Michelle Simmons, har demonstreret, at de kan udvide deres atomare qubit-fremstillingsteknik til flere lag af en siliciumkrystal – for at opnå en kritisk komponent i den 3-D-chiparkitektur, som de introducerede til verden i 2015. Denne nye forskning blev offentliggjort i dag i Natur nanoteknologi .

Gruppen er den første til at demonstrere gennemførligheden af ​​en arkitektur, der bruger qubits i atomskala, der er justeret til kontrollinjer - som i det væsentlige er meget smalle ledninger - inde i et 3-D-design.

Hvad mere er, holdet var i stand til at justere de forskellige lag i deres 3-D-enhed med nanometerpræcision - og viste, at de kunne udlæse qubit-tilstande enkelt skud, dvs. inden for en enkelt måling, med meget høj troskab.

"Denne 3-D enhedsarkitektur er et betydeligt fremskridt for atomare qubits i silicium, " siger professor Simmons. "For konstant at kunne korrigere for fejl i kvanteberegninger - en vigtig milepæl inden for vores felt - skal du være i stand til at kontrollere mange qubits parallelt.

"Den eneste måde at gøre dette på er at bruge en 3D-arkitektur, så i 2015 udviklede og patenterede vi en vertikal på kryds og tværs arkitektur. Imidlertid, der var stadig en række udfordringer i forbindelse med fremstillingen af ​​denne flerlagede enhed. Med dette resultat har vi nu vist, at konstruktion af vores tilgang i 3-D er mulig på den måde, vi forestillede os det for et par år siden."

I denne avis, holdet har demonstreret, hvordan man bygger et andet kontrolplan eller -lag oven på det første lag af qubits.

"Det er en meget kompliceret proces, men i meget enkle vendinger, vi byggede det første fly, og derefter optimeret en teknik til at dyrke det andet lag uden at påvirke strukturerne i det første lag, " forklarer CQC2T-forsker og medforfatter, Dr. Joris Keizer.

"I fortiden, kritikere vil sige, at det ikke er muligt, fordi overfladen af ​​det andet lag bliver meget ru, og du ville ikke længere være i stand til at bruge vores præcisionsteknik - dog i denne avis, vi har vist, at vi kan gøre det, mod forventning."

Holdet demonstrerede også, at de derefter kan justere disse flere lag med nanometerpræcision.

"Hvis du skriver noget på det første siliciumlag og derefter lægger et siliciumlag ovenpå, du skal stadig identificere din placering for at justere komponenter på begge lag. Vi har vist en teknik, der kan opnå justering inden for under 5 nanometer, hvilket er ganske usædvanligt, " siger Dr. Keizer.

Til sidst, forskerne var i stand til at måle qubit-outputtet fra 3-D-enheden med det, der kaldes single shot – dvs. med en enkelt, nøjagtig måling, i stedet for at skulle stole på et gennemsnit af millioner af eksperimenter. "Dette vil yderligere hjælpe os med at opskalere hurtigere, " forklarer Dr. Keizer.

På vej mod kommercialisering

Professor Simmons siger, at denne forskning er en stor milepæl på området.

"Vi arbejder systematisk hen imod en storstilet arkitektur, der vil føre os til den endelige kommercialisering af teknologien.

"Dette er en vigtig udvikling inden for kvantecomputere, men det er også ret spændende for SQC, " siger professor Simmons, som også er grundlægger og direktør for SQC.

Siden maj 2017, Australiens første kvantecomputervirksomhed, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), har arbejdet på at skabe og kommercialisere en kvantecomputer baseret på en suite af intellektuel ejendom udviklet på CQC2T og dens egen proprietære intellektuelle ejendom.

"Mens vi stadig er mindst et årti væk fra en storstilet kvantecomputer, CQC2T's arbejde er fortsat på forkant med innovation på dette område. Konkrete resultater som disse bekræfter vores stærke position internationalt, " slutter hun.