Imec створив перший у світі квантовий пристрій за High-NA EUV
Imec створив перший у світі квантовий пристрій за допомогою High-NA EUV літографії
Бельгійська дослідницька лабораторія Imec, яка спеціалізується на передових напівпровідникових технологіях, представила перший у світі квантовий пристрій на основі квантових точок. Особливість розробки полягає у використанні High-NA EUV літографії — високоточної технології, яку лише починають впроваджувати у масове виробництво напівпровідників.
У компанії зазначають, що це досягнення може прискорити появу масштабованих квантових комп’ютерів — раніше, ніж очікувалося раніше.
Чому квантові комп’ютери так важливі?
Квантові комп’ютери вважаються наступним етапом розвитку обчислювальної техніки, оскільки вони здатні вирішувати задачі за лічені хвилини, на які навіть найпотужнішим суперкомп’ютерам знадобилися б десятиліття. Це можливо завдяки використанню квантових бітів (кубітів), які, на відміну від класичних бітів, можуть одночасно перебувати у кількох станах (0 та 1) та виконувати паралельні обчислення.
Хоча компанії, як-от Google та IBM, вже досягли значних успіхів у квантових обчисленнях, головною перешкодою залишається масштабування. Проблема полягає не у створенні квантового комп’ютера як такого, а у розробці систем, здатних надійно виконувати обчислення у великих масштабах.
За прогнозами, комерційно доступні квантові комп’ютери можуть з’явитися до 2030 року. Однак досягнення Imec може наблизити цю дату.
Кремнієві кубіти: шлях до масштабування
Інновація Imec полягає не у створенні нового типу кубітів, а у використанні тих, які найпростіше масштабувати. Кремнієві кубіти на квантових точках, або так звані «індустріальні кубіти», дозволяють застосовувати наявну інфраструктуру виробництва чипів для створення квантових процесорів.
Принцип роботи таких кубітів базується на утриманні окремих електронів у кремнієвих структурах, де спін електрона зберігає інформацію. Металеві керувальні затвори регулюють взаємодію між квантовими точками. Теоретично це проста концепція, але на практиці її реалізація вимагає надзвичайної точності.
Ефективність квантового чипа залежить від відстані між керувальними електродами. Чим менша ця відстань, тим краща керованість та точність системи. Однак у даному випадку мова йде про нанометри (10⁻⁹ м), тому для досягнення результату знадобилися найсучасніші технології.
High-NA EUV літографія: ключ до масштабування
Дослідники Imec застосували High Numerical Aperture Extreme Ultraviolet (High-NA EUV) літографію — новітню технологію, яку напівпровідникова галузь планує використовувати для виробництва процесорів з технологічним процесом менше 2 нм. Наразі її застосовують для створення прискорювачів штучного інтелекту та чипів пам’яті, але команда Imec адаптувала її для розробки квантових процесорів.
Установка High-NA EUV літографії вражає своїми масштабами: вона важить 150 тонн і за розмірами нагадує автобус. Її дзеркала вдвічі більші та удесятеро важчі, ніж у стандартних EUV-літографічних системах. Хоча ця технологія лише починає надходити до виробників напівпровідників, Imec вже успішно використала її для створення квантового обладнання.
Наразі Imec не заявляє про революційні прориви у квантових обчисленнях завдяки цій розробці. Проте це й не є метою лабораторії. Головне завдання полягало у демонстрації того, що квантові системи можна масштабувати, і High-NA EUV літографія підтвердила цю можливість.
Майбутнє квантових обчислень
Поки квантові стартапи працюють над створенням потужніших кубітів, їм також доведеться вирішити проблему масштабування. Imec продемонструвала, що кремнієві кубіти можна легко масштабувати, не вимагаючи революційних змін у технологіях квантових обчислень.
Завдяки відстані між затворами лише у 6 нанометрів у процесі, сумісному з 300-мм фабриками, Imec відкриває шлях до інтеграції мільйонів кубітів на одному чипі. Ще важливіше те, що перехід від класичних бітів до кубітів може відбуватися без радикальної перебудови виробничих процесів.
Таким чином, поява квантових комп’ютерів комерційного масштабу може відбутися значно раніше 2030 року.
