Лаборатория Imec создала первый в мире квантовый чип с использованием передовой литографии для масштабирования кубитов

Исследовательская лаборатория Imec, базирующаяся в Бельгии и специализирующаяся на передовых полупроводниковых технологиях, создала первое в мире квантовое устройство на основе квантовых точек с использованием High NA EUV литографии.

Эта высокомасштабируемая технология только начинает внедряться в производство полупроводников, но уже продемонстрировала свой потенциал для создания масштабируемых квантовых компьютеров в ближайшем будущем, возможно, даже раньше прогнозируемых сроков появления квантовых вычислений с использованием других подходов.

Квантовые компьютеры считаются следующим рубежом в вычислительной технике, поскольку они способны решать задачи за минуты, на которые даже самым быстрым суперкомпьютерам потребовались бы десятилетия. Это возможно благодаря тому, что квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут одновременно хранить несколько значений (0 или 1) и выполнять вычисления параллельно.

Хотя компании соревнуются в создании первых в мире коммерческих квантовых компьютеров, главным препятствием является не их создание, а их массовое развертывание. Крупные технологические компании, от Google до IBM, а также множество новых игроков нашли разные способы выполнения квантовых вычислений. Теперь задача заключается в создании машин в промышленном масштабе, которые могли бы надежно выполнять эти вычисления.

По оценкам, такое будущее может наступить к 2030 году, но с недавним достижением Imec оно может прийти раньше.

Гениальность Imec заключается не в разработке нового типа кубита, а в использовании того, который проще всего масштабировать. Использование кремниевых кубитов на квантовых точках, также известных как промышленные кубиты, является самым простым подходом к масштабированию, поскольку он использует существующую инфраструктуру производства микросхем для создания квантовых чипов.

Эти кубиты работают путем захвата отдельных электронов в кремниевых структурах, где спин электрона хранит информацию. Окружающие металлические управляющие затворы манипулируют взаимодействием между квантовыми точками. В теории это звучит просто, но на практике достичь этого довольно сложно.

Производительность такого чипа зависит от расстояния между управляющими электродами. Чем меньше расстояние между квантовыми точками, тем лучше управляемость и точность системы. Однако это расстояние измеряется в нанометрах на кремниевой пластине, поэтому исследовательской группе потребовался очень сложный подход, чтобы заставить свою систему работать.

Исследователи Imec использовали литографию в глубоком ультрафиолете с высокой числовой апертурой (High NA EUV) — новейшую технологию, которую полупроводниковая промышленность планирует применять для достижения процессоров с топологическими нормами менее 2 нанометров.

Пока эта технология используется для создания ускорителей для искусственного интеллекта и чипов плотной памяти, исследователи Imec применили ее для разработки квантовых процессоров.

Установка High NA EUV литографии весит целых 150 тонн и имеет размеры с автобус, а ее зеркала вдвое больше и в десять раз тяжелее, чем у обычных инструментов EUV литографии. Эта технология только начинает поступать к производителям полупроводников, которые стремятся интегрировать ее в свои рабочие процессы, но Imec уже использовал ее для создания квантового оборудования.

Imec пока не заявляет о прорывах в квантовых вычислениях с помощью своей попытки, но в этом и нет необходимости. Задача лаборатории состоит не в создании мощного квантового вычислительного устройства, а в демонстрации того, что их можно легко масштабировать, и High NA EUV литография только что это доказала.

В то время как квантовые стартапы могут внедрять инновации в создании новых кубитов с огромной вычислительной мощностью, им также необходимо выяснить, как масштабировать эти системы. Imec только что продемонстрировала, что кремниевые кубиты можно легко масштабировать, и для их развертывания не требуется революции в технологии квантовых вычислений.

Благодаря зазорам всего в 6 нанометров в процессе, совместимом с 300-мм пластинами, Imec обеспечивает интеграцию миллионов кубитов на одном чипе.

Более того, развертывание квантовых устройств может стать более бесшовным, поскольку производители микросхем смогут перейти от двоичных битов к кубитам без капитальной перестройки производственных процессов. Возможно, квантовое будущее не нужно будет ждать и до 2030 года.