Fremstilling af kvante-qubits forbundet med konventionelle computerenheder

Computere, der kan gøre brug af kvantemekanikkens "uhyggelige" egenskaber til at løse problemer hurtigere end den nuværende teknologi, lyder måske tillokkende, men først skal de overvinde en massiv ulempe. Forskere fra Japan kan have fundet svaret gennem deres demonstration af, hvordan et superledende materiale, niobiumnitrid, kan tilføjes til et nitrid-halvledersubstrat som et fladt, krystallinsk lag. Denne proces kan føre til let fremstilling af kvante-qubits forbundet med konventionelle computerenheder.

De processer, der bruges til at fremstille konventionelle siliciummikroprocessorer, er modnet over årtier og bliver konstant forfinet og forbedret. I modsætning hertil skal de fleste kvantecomputerarkitekturer designes for det meste fra bunden. Men at finde en måde at tilføje kvantekapaciteter til eksisterende fremstillingslinjer eller endda integrere kvante- og konventionelle logiske enheder i en enkelt chip, vil muligvis kunne fremskynde adoptionen af ​​disse nye systemer enormt.

Nu har et team af forskere ved Institute of Industrial Science ved Tokyos Universitet vist, hvordan tynde film af niobiumnitrid (NbN_x ) kan dyrkes direkte oven på et aluminiumnitrid (AlN) lag. Niobiumnitrid kan blive superledende ved temperaturer koldere end omkring 16 grader over det absolutte nulpunkt. Som et resultat kan den bruges til at lave en superledende qubit, når den er arrangeret i en struktur kaldet et Josephson-kryds.

Forskerne undersøgte temperaturens indvirkning på krystalstrukturerne og de elektriske egenskaber af NbN_x tynde film dyrket på AlN skabelonsubstrater. De viste, at afstanden mellem atomer i de to materialer var forenelig nok til at producere flade lag. "Vi fandt ud af, at på grund af det lille gittermisforhold mellem aluminiumnitrid og niobiumnitrid kunne et meget krystallinsk lag vokse ved grænsefladen," siger første og tilsvarende forfatter Atsushi Kobayashi.

Krystalliniteten af ​​NbN_x blev karakteriseret med røntgendiffraktion, og overfladetopologien blev fanget ved hjælp af atomkraftmikroskopi. Derudover blev den kemiske sammensætning kontrolleret ved hjælp af røntgenfotoelektronspektroskopi. Holdet viste, hvordan arrangementet af atomer, nitrogenindhold og elektrisk ledningsevne alt afhang af vækstbetingelserne, især temperaturen. "Den strukturelle lighed mellem de to materialer letter integrationen af ​​superledere i optoelektroniske halvlederenheder," siger Atsushi Kobayashi.

Desuden er den skarpt definerede grænseflade mellem AlN-substratet, som har et bredt båndgab, og NbN_x , som er en superleder, er afgørende for fremtidige kvanteenheder, såsom Josephson junctions. Superledende lag, der kun er nogle få nanometer tykke og høj krystallinitet, kan bruges som detektorer af enkelte fotoner eller elektroner.

Værket er udgivet i Advanced Materials Interfaces som "Krystalfasestyret epitaksial vækst af NbN_x superledere på AlN-halvledere med bredt bånd." + Udforsk yderligere

All-nitrid superledende qubit lavet på et siliciumsubstrat