Исследование демонстрирует интеграцию 1024 кремниевых квантовых точек с электроникой на кристалле, работающей при низких температурах

Прочитано: 263 раз(а)


Квантовые компьютеры обладают потенциалом превзойти классические компьютеры в некоторых задачах оптимизации. Однако масштабирование квантовых компьютеров с использованием существующих производственных процессов при сохранении хорошей производительности и энергоэффективности до сих пор оказалось сложной задачей, что в свою очередь ограничивает их широкое распространение.

Исследователи из Quantum Motion в Лондоне недавно продемонстрировали интеграцию 1024 независимых кремниевых квантовых точек с цифровой и аналоговой электроникой на чипе, чтобы создать квантовую вычислительную систему, которая может работать при экстремально низких температурах. Эта система, описанная в статье, опубликованной в Nature Electronics , связывает свойства устройств при криогенных температурах с наблюдаемыми при комнатной температуре, открывая новые возможности для разработки технологий на основе кремниевых кубитов.

«По мере того, как квантовые процессоры становятся все сложнее, возникают новые проблемы, такие как управление изменчивостью устройств и взаимодействие с поддерживающей электроникой», — пишут в своей статье Эдвард Дж. Томас, Вирджиния Н. Сириано-Теджел и их коллеги.

«Спиновые кубиты в кремниевых квантовых точках потенциально могут решить эти проблемы, учитывая их точность управления и потенциальную совместимость с крупномасштабной интеграцией. Мы сообщаем об интеграции 1024 независимых устройств на кремниевых квантовых точках с цифровой и аналоговой электроникой на кристалле, все из которых работают при температуре ниже 1 К».

Квантовые точки — это наноразмерные структуры на основе полупроводников, которые можно использовать для ограничения и манипулирования отдельными электронами. Эти структуры оказались многообещающими для разработки квантовых технологий, основанных на спиновых кубитах (т. е. кубитах, которые хранят информацию, используя спин электронов).

Томас, Сириано-Теджел и их коллеги создали систему, которая работает при чрезвычайно низких температурах, объединяя 1024 квантовых точки на основе кремния с электроникой на чипе. Чтобы быстро охарактеризовать все квантовые точки в этой системе, они использовали метод, известный как радиочастотная (РЧ) рефлектометрия.

«Высокочастотный аналоговый мультиплексор обеспечивает быстрый доступ ко всем устройствам с минимальными электрическими соединениями, позволяя получать и анализировать характерные данные по всему массиву квантовых точек менее чем за 10 минут», — пишут Томас, Сириано-Теджел и их коллеги. «Это достигается за счет использования радиочастотной рефлектометрии с передовой целостностью сигнала, характеризующейся типичным отношением напряжения сигнал/шум более 75 для времени интеграции 3,18 мкс».

Исследователи также разработали новые инструменты, которые можно использовать для извлечения информации о производительности квантовых точек и оценки их потенциала для интеграции в квантовые технологии. Эти инструменты можно использовать для оценки других типов систем на основе квантовых точек, включая системы со связанными квантовыми точками, которые являются основой существующих квантовых компьютеров на основе полупроводников.

«Мы извлекаем ключевые параметры квантовых точек с помощью автоматизированных процедур машинного обучения, чтобы оценить выход квантовых точек и понять влияние конструкции устройства», — пишут исследователи. «Мы находим корреляции между параметрами квантовых точек и поведением транзистора при комнатной температуре, которые можно использовать в качестве прокси для мониторинга технологического процесса».

В частности, исследователи заметили, что криогенные параметры кремниевых квантовых точек можно предсказать по поведению при комнатной температуре. Это открытие может иметь интересные последствия для будущего развития квантовых технологий, поскольку оно может помочь сократить время и ресурсы, необходимые для оптимизации этих технологий.

«Дальнейшее развитие докриогенных методов и инструментов анализа может обеспечить более широкое участие отрасли и существенное снижение затрат на разработку технологий , особенно если при изучении сложных элементарных ячеек можно будет извлечь дополнительные корреляции», — пишут авторы.

Исследование демонстрирует интеграцию 1024 кремниевых квантовых точек с электроникой на кристалле, работающей при низких температурах



Новости партнеров