Ett samarbete som leds av UNSW har funnit att avlägsnande av slumpmässig dopning i kvantelektronikenheter dramatiskt förbättrar deras reproducerbarhet – ett nyckelkrav för framtida tillämpningar som kvantinformationsbehandling och spintronik.

Utmaningen om kvantreproducerbarhet

Utmaningen med att tillverka kvantenheter är att, tills nu, det har inte varit möjligt att tillverka två kvanttransistorer som visar identiska prestandaegenskaper.

Även om enheterna ser identiska fysiskt ut, deras elektriska prestanda kan variera dramatiskt från en enhet till en annan. Detta gör det utmanande att integrera flera kvantkomponenter i en komplett kvantkrets.

I det nya, UNSW-ledd studie, forskare visar att problemet kommer från den slumpmässiga rumsliga positionen av dopämnen i kvantenheter.

Den konventionella metoden för att få halvledare att leda elektricitet är att kemiskt dopa den med ett annat element. Till exempel producerar en mycket liten mängd fosforatomer tillsatta kisel ett överskott av fria elektroner, tillåta en elektrisk ström att flöda

Men i kvantenheter i nanoskala innebär den slumpmässiga placeringen av dessa dopämnen att inga två enheter har identiska egenskaper.

Det UNSW-ledda teamet arbetade med medarbetare i Cambridge för att visa att avlägsnande av dopämnena helt och hållet gör kvantenheter dramatiskt mer reproducerbara.

Huvudförfattaren Ashwin Srinivasan kommenterade:"Den elektriska förstärkningen hos de odopade kvantpunktskontakttransistorerna är upp till tre gånger mer enhetlig för det nya tillvägagångssättet, jämfört med konventionella dopade apparater."

Professor Hamilton, chef för Quantum Devices-laboratoriet vid UNSW, Sydney, sa:"Vi hade misstänkt att ta bort den slumpmässiga dopningen skulle förbättra enhetens reproducerbarhet, men resultaten blev mycket bättre än vi förväntat oss. Ashwin gjorde nio enheter, och alla visade identiska kvantegenskaper och elektrisk prestanda. Jag hade aldrig sett något liknande förut. Detta arbete visar att det är möjligt att reproducerbart tillverka kvantenheter."

Förbättrad reproducerbarhet av kvantenheter med helt odopade arkitekturer publicerades i Bokstäver i tillämpad fysik .