Миллионы кубитов на одном чипе: бельгийские ученые впервые использовали новую литографию для масштабирования квантовых систем
Imec — бельгийская исследовательская и инновационная лаборатория, работающая над передовыми полупроводниковыми технологиями — создала первое в мире квантовое устройство на основе квантовых точек с использованием High NA EUV литографии — высокомасштабируемой технологии, которую только начинают внедрять в масштабируемое производство полупроводников.
«Это может помочь разработать масштабируемые квантовые компьютеры в ближайшем будущем — раньше, чем ожидалось для квантовых вычислений на основе других подходов», — говорят в компании.
Квантовые компьютеры считаются следующим рубежом вычислительной техники, поскольку они могут решать задачи за минуты, на которые даже самым быстрым суперкомпьютерам понадобились б десятилетия. Это возможно потому, что квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты), которые могут одновременно хранить несколько значений (0 или 1) и выполнять вычисления параллельно.
«Хотя компании соревнуются за создание первого в мире квантового компьютера коммерческого масштаба, главным препятствием является не само его создание, а масштабное развертывание. Крупные технологические компании — от Google до IBM — вместе с рядом новичков уже нашли различные способы выполнения квантовых вычислений. Теперь вызов заключается в создании машин, способных в большом масштабе надежно выполнять эти вычисления», — пишет издание Interesting Engineering.
Оценки свидетельствуют, что такого будущего могут достичь к 2030 году, но благодаря недавнему достижению Imec это может произойти раньше.
Работа с «индустриальными» кубитами
Гениальность Imec заключается не в создании нового типа кубитов, а в использовании тех, которые проще всего масштабировать. Использование кремниевых кубитов на квантовых точках, также известных как «индустриальные кубиты», является самым простым подходом к масштабированию, поскольку оно позволяет использовать существующую инфраструктуру производства чипов для создания квантовых процессоров.
«Кубиты работают путем удержания отдельных электронов в кремниевых структурах, где спины электронов хранят информацию. Окружающие металлические управляющие затворы управляют взаимодействиями между квантовыми точками. В теории это звучит просто, однако на практике достичь этого очень сложно», — отмечает Interesting Engineering.
Производительность такого чипа зависит от расстояния между управляющими электродами. Чем меньше расстояние между квантовыми точками, тем лучше являются управляемость и точность системы. Однако это расстояние измеряется в нанометрах (10^-9 м) на кремниевой пластине, поэтому исследовательской команде понадобился сверхсовременный подход, чтобы заставить систему работать.
High-NA EUV литография High-NA EUV литография
Исследователи Imec использовали литографию High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet (NA-EUV) — новейшую технологию, которую полупроводниковая индустрия планирует применять для создания процессоров менее 2 нм. Пока эту технологию используют для создания ускорителей искусственного интеллекта (AI) и плотных чипов памяти, исследователи Imec применили ее для разработки квантовых процессоров.
«Установка High-NA EUV литографии весит колоссальные 150 тонн и по размерам похожа на автобус. Ее зеркала вдвое больше и в десять раз тяжелее, чем у обычных инструментов EUV-литографии. Технология только начинает поступать к производителям полупроводников, которые планируют интегрировать ее в свои рабочие процессы, но Imec уже использовала ее для создания квантового оборудования», — рассказали исследователи.
Imec пока что не заявляет о прорывах в квантовых вычислениях благодаря этой разработке. Но ей это и не нужно. Задача лаборатории заключается не в создании мощного квантового компьютера, а в демонстрации того, что такие системы можно легко масштабировать, и High-NA EUV литография только что это доказала.
«Пока квантовые стартапы разрабатывают новые кубиты с огромной вычислительной мощностью, им также придется решить проблему масштабирования этих систем. Imec только что продемонстрировала, что кремниевые кубиты можно легко масштабировать, и для их внедрения не требуется эволюция самой технологии квантовых вычислений», — заключает Interesting Engineering.
Благодаря промежуткам всего в 6 нм в совместимом с 300-мм фабриками процессе Imec делает возможной интеграцию миллионов кубитов на одном чипе. Еще важнее то, что внедрение квантовых устройств может происходить значительно плавнее, поскольку производители чипов смогут перейти от бинарных битов к кубитам без масштабной перестройки производственных процессов. Квантовому будущему, возможно, не придется ждать до 2030 года.
Фотолитография: как создают современные микрочипы на самой сложной машине в мире
Источник: Interesting Engineering
