Intel en QuTech leveren eerste industrieel geproduceerde qubit
Ingenieurs van Intel en wetenschappers van
QuTech<https://qutech.nl/2022/03/29/intel-qutech-first-industrially-manufactured-qubit/>
hebben de eerste qubit afgeleverd die is gemaakt in dezelfde industriële
productiefaciliteiten waar conventionele computerchips in massaproductie worden
vervaardigd. Deze vooruitgang is een doelstelling die al langer bestond,
vanwege de belofte van schaalbaarheid. De doorbraak is een cruciale stap op weg
naar de duizenden qubits die nodig zijn voor praktische quantumberekeningen. De
onderzoekers publiceerden hun resultaten in Nature
Electronics<https://www.nature.com/articles/s41928-022-00727-9>
(DOI<https://doi.org/10.1038/s41928-022-00727-9>).
De productie van een schaalbare quantumcomputer kent een aantal grote
hindernissen en het vinden van een geschikt type qubit is er daar één van. Eén
veelbelovende qubit-kandidaat is gebaseerd op de spin van een paar elektronen
die worden gevangen in een silicium nanodevice. Een groot voordeel van zo'n
device is de overeenkomst met conventionele transistors. De verwachting was dan
ook dat de uitgebreide kennis en kunde van de halfgeleiderindustrie zou kunnen
worden benut om qubit-devices te produceren met een ongekende opbrengst, hoge
uniformiteit en weinig defecten.
Van flexibele cleanrooms naar strakke fabrieken
Momenteel worden halfgeleider-qubit-chips doorgaans gefabriceerd in cleanrooms
met hulpmiddelen die geoptimaliseerd zijn voor flexibele ontwerpwijzigingen en
een snelle doorlooptijd, maar afbreuk doen aan betrouwbaarheid. Industriële
halfgeleiderfabricage daarentegen is uiterst betrouwbaar, maar is gebonden aan
strikte ontwerpregels. Belangrijke open vragen waren of de ontwerpspecificaties
voor de qubits wel haalbaar waren binnen de ontwerpregels en of de qubits de
procescondities zouden overleven om een extreem hoge opbrengst te bereiken.
Experimenten op grote schaal
"Industriële productietechnieken zijn anders dan de technieken die meestal
worden gebruikt om zulke quantum dot-samples te fabriceren," zegt Anne-Marije,
eerste auteur en PhD-onderzoeker bij QuTech — een samenwerking tussen de TU
Delft en TNO. "Het is alsof we eerst met kalligrafie schreven en nu zijn
overgestapt op een stencilmachine. De eerste geeft meer flexibiliteit, de
tweede geeft een aanzienlijke verbetering in opbrengst en uniformiteit. In
plaats van 20 apparaten tegelijk te maken, levert een fabricageronde ons nu
tienduizenden apparaten op, zodat we de op grotere schaal eigenschappen van de
apparaten in kaart kunnen brengen. Bovendien behoren belangrijke
qubit-eigenschappen, zoals de levensduur, tot de beste die ooit bij dit soort
qubits zijn gemeten.
De voordelen van halfgeleider-qubits
"In veel wetenschappelijke artikelen staat: halfgeleider-spin-qubits in
silicium zijn geschikt voor CMOS-halfgeleiderfabricage. Maar pas nu hebben we
bewezen dat dat ook echt waar is," voegt hoofdwetenschapper bij QuTech Lieven
Vandersypen toe. "Bovendien", zegt hij, "behaalde het Intel-team een
ongeëvenaard rendement van 98%, vergeleken met de 50% op een goede dag in onze
academische cleanroom."
Qubits in halfgeleider quantum dots
Het type quantuminformatie dat deze qubit maakt, is de elektronenspin. Het
elektron zit gevangen in een "doosje", dat wordt gevormd door een potentiaalput
in een energielandschap, dat ook wel een quantumdot wordt genoemd. Het
energielandschap wordt geproduceerd door een combinatie van
materiaaleigenschappen (vergelijkbaar met die van een conventionele transistor:
silicium/siliciumoxide-grensvlak) en elektrische velden. Op deze wijze is het
mogelijk één enkel elektron in de quantum dot te isoleren en aan te sturen, en
volledige controle te hebben over zijn spin.
Volgende stappen
De industriële fabricage van een enkelvoudig qubit device is nu een feit.
Tegelijkertijd wordt gewerkt aan de beheersing van meervoudige spin-qubits en
de verbetering van de kwaliteit van de qubitcontrole. Gecombineerd zullen deze
vorderingen een solide basis vormen om quantumcomputer op grote schaal te
realiseren waarin miljoenen qubits zijn geïntegreerd.
Publicatiedetails
Zwerver et al., Nature Electronics (2022) Qubits made by advanced semiconductor
manufacturing<https://www.nature.com/articles/s41928-022-00727-9>
(DOI<https://doi.org/10.1038/s41928-022-00727-9>)
________________________________
Note for the press
Wie zijn wij?
QuTech is a mission-driven research institute for quantum computing and quantum
internet and a collaboration between the TU Delft and TNO
Contactgegevens
Voor meer informatie, vragen over beeldmateriaal, en/of interviewverzoeken,
neemt u contact op met:
* Lieven Vandersypen, hoofdonderzoeker
(l.m.k.vandersypen@xxxxxxxxxx<mailto:l.m.k.vandersypen@xxxxxxxxxx>)
* Anne-Marije Zwerver, eerste auteur
(a.m.j.zwerver@xxxxxxxxxx<mailto:a.m.j.zwerver@xxxxxxxxxx>)
* Aldo Brinkman, wetenschapsvoorlichter QuTech
(a.g.m.brinkman@xxxxxxxxxx<mailto:a.g.m.brinkman@xxxxxxxxxx>, +31(0)6 343 212
95)
________________________________
QuTech is a mission-driven research institute of Delft University of Technology
(TU Delft) and the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research
(TNO). Together, we work on a radically new technology with world-changing
potential. Our mission is to develop scalable prototypes of a quantum computer
and an inherently safe quantum internet, based on the fundamental laws of
quantum mechanics.
