Tidskriften Nature har publicerat en forskningsartikel, "Probing single electronics across 300-mm spin qubit wafers", som visar toppmodern enhetlighet, trohet och mätningsstatistik för spin qubits. Den branschledande forskningen öppnar dörren för massproduktion och fortsatt skalning av kiselbaserade kvantprocessorer, som alla är krav för att bygga en feltolerant kvantdator.

Kvanthårdvaruforskare från Intel utvecklade en 300-millimeters kryogen sonderingsprocess för att samla in data i stora volymer om prestanda hos spin qubit-enheter över hela wafers med hjälp av komplementära metalloxidhalvledare (CMOS) tillverkningstekniker.

Förbättringarna av qubit-enhetsutbytet i kombination med testprocessen med hög genomströmning gjorde det möjligt för forskare att få fram betydligt mer data för att analysera enhetlighet, ett viktigt steg som behövs för att skala upp kvantdatorer. Forskare fann också att enelektronenheter från dessa wafers fungerar bra när de används som spin-qubits, och uppnår 99,9 % gate-trohet. Denna trohet är den högsta rapporterade för qubits gjorda med CMOS-tillverkning.

Den lilla storleken på spinn-qubits, som mäter cirka 100 nanometer tvärs över, gör dem tätare än andra qubit-typer (t.ex. supraledande), vilket gör att mer komplexa kvantdatorer kan tillverkas på ett enda chip av samma storlek. Tillverkningsmetoden utfördes med extrem ultraviolett (EUV) litografi, vilket gjorde det möjligt för Intel att uppnå dessa snäva dimensioner samtidigt som den tillverkade i hög volym.

Att realisera feltoleranta kvantdatorer med miljontals enhetliga qubits kommer att kräva mycket tillförlitliga tillverkningsprocesser. Med hjälp av sitt arv inom transistortillverkningsexpertis ligger Intel i framkant när det gäller att skapa kiselspinn-qubits som liknar transistorer genom att utnyttja sina banbrytande 300-millimeters CMOS-tillverkningstekniker, som rutinmässigt producerar miljarder transistorer per chip.

Med utgångspunkt i dessa rön planerar Intel att fortsätta att göra framsteg när det gäller att använda dessa tekniker för att lägga till fler sammankopplingsskikt för att tillverka 2D-matriser med ökat antal qubits och anslutningsmöjligheter, samt demonstrera högfientliga två-qubit-grindar på sin industritillverkningsprocess. Huvudprioriteringen kommer dock att fortsätta att skala kvantenheter och förbättra prestanda med nästa generations kvantchip.

Mer information: Samuel Neyens et al, Probing enstaka elektroner över 300-mm spin qubit wafers, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07275-6

Journalinformation: Natur

Tillhandahålls av Intel