Forskning demonstrerer høj qubit-kontroltroskab og ensartethed i enkelt-elektronstyring

Tidsskriftet Nature har udgivet et forskningspapir, "Probing single elektrons across 300-mm spin qubit wafers," som demonstrerer state-of-the-art ensartethed, pålidelighed og måling af spin qubits. Den brancheførende forskning åbner døren for masseproduktion og fortsat skalering af siliciumbaserede kvanteprocessorer, som alle er krav til at bygge en fejltolerant kvantecomputer.

Kvantehardwareforskere fra Intel udviklede en 300-millimeters kryogen sonderingsproces til at indsamle data i store mængder om ydeevnen af ​​spin-qubit-enheder på tværs af hele wafere ved hjælp af komplementære metaloxid-halvledere (CMOS)-fremstillingsteknikker.

Forbedringerne til qubit-enhedsudbytte kombineret med high-throughput testprocessen gjorde det muligt for forskere at opnå betydeligt flere data til at analysere ensartethed, et vigtigt skridt, der er nødvendigt for at opskalere kvantecomputere. Forskere fandt også, at enkeltelektronenheder fra disse wafere fungerer godt, når de betjenes som spin-qubits, og opnår 99,9% gate-fidelity. Denne pålidelighed er den højeste rapporterede for qubits, der er lavet med CMOS-industriproduktion.

Den lille størrelse af spin-qubits, der måler omkring 100 nanometer på tværs, gør dem tættere end andre qubit-typer (f.eks. superledende), hvilket gør det muligt at lave mere komplekse kvantecomputere på en enkelt chip af samme størrelse. Fremstillingstilgangen blev udført ved hjælp af ekstrem ultraviolet (EUV) litografi, som gjorde det muligt for Intel at opnå disse stramme dimensioner, samtidig med at de fremstillede i høj volumen.

At realisere fejltolerante kvantecomputere med millioner af ensartede qubits vil kræve yderst pålidelige fremstillingsprocesser. Med udgangspunkt i sin arv inden for transistorfremstillingsekspertise er Intel på forkant med at skabe siliciumspin-qubits svarende til transistorer ved at udnytte sine avancerede 300-millimeter CMOS-fremstillingsteknikker, som rutinemæssigt producerer milliarder af transistorer pr. chip.

Med udgangspunkt i disse resultater planlægger Intel at fortsætte med at gøre fremskridt med at bruge disse teknikker til at tilføje flere sammenkoblingslag for at fremstille 2D-arrays med øget qubitantal og tilslutningsmuligheder, samt demonstrere high-fidelity to-qubit-gates på sin industrifremstillingsproces. Hovedprioriteten vil dog fortsat være at skalere kvanteenheder og forbedre ydeevnen med sin næste generations kvantechip.

Flere oplysninger: Samuel Neyens et al, sondering af enkelte elektroner på tværs af 300 mm spin qubit wafers, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07275-6

Journaloplysninger: Natur

Leveret af Intel