Cea mai bună poziție pentru Atom Dome în silicon pentru a scala procesorii cuantici pe bază de atom

Imagine la scară atomică a doi donatori care interacționează în siliciu. Credit: CQC2T

Cercetătorii australieni găsesc un „punct dulce” pentru poziționarea cuburilor de siliciu pentru a crește atombazat pe procesoare cuantice.

Cercetători de la Centrul de excelență în tehnologia de calcul și comunicare cuantică (CQC)2T) lucrul cu Silicon Quantum Computing (SQC) a stabilit „punctul dulce” pentru poziționarea coților în siliciu pentru a spori procesorii cuantici pe bază de atomi.

Crearea de biți cuantici, sau coți, prin plasarea precisă a atomilor de fosfor în siliciu – metoda inițiată de CQC2Directorul T Profesorul Michelle Simmons – este o abordare de lider mondial la dezvoltarea unui computer cuantic cu siliciu.

În echipa de cercetare, publicată astăzi în Comunicări despre natură, plasarea de precizie s-a dovedit a fi esențială pentru dezvoltarea unor interacțiuni puternice – sau unire – între cuburi.

„Am găsit poziția optimă pentru a crea interacțiuni reproductibile, puternice și rapide între cuburi”, spune profesorul Sven Rogge, care a condus cercetarea.

„Avem nevoie de aceste interacțiuni puternice pentru a crea un procesor cu mai multe cupole și, în cele din urmă, un computer cuantic util”.

Porțile cu cupolă dublă – elementul central al unui computer cuantic – utilizează interacțiunile dintre perechile de cuburi pentru a efectua operații cuantice. Pentru cuburile de atom de siliciu, cercetările anterioare au sugerat că, pentru anumite poziții din cristalul de siliciu, interacțiunile dintre cuburi conțin un compus oscilant care poate încetini operațiunile porții și le poate face dificil de controlat.

„Timp de aproape două decenii, natura potențial volatilă a interacțiunilor a fost prezisă ca o provocare la scară”, spune prof. Rogge.

„Acum, prin noi măsurători ale interacțiunilor cu cubul, am dezvoltat o înțelegere mai profundă a naturii acestor oscilații și propunem o strategie precisă de plasare pentru a consolida interacțiunea dintre cub. Acesta este un rezultat pe care mulți l-au crezut că nu este posibil. “

Găsiți „punctul dulce” în simetriile cristalului

Cercetătorii spun că au descoperit că exact locul în care plasați cuburile este esențial pentru crearea de interacțiuni puternice și de durată. Această prezentare esențială are implicații importante pentru proiectarea procesoarelor la scară largă.

„Siliciul este un cristal anizotrop, ceea ce înseamnă că direcția în care sunt așezați atomii poate afecta în mod semnificativ interacțiunile dintre ei”, spune Dr. Benoit Voisin, autorul principal al cercetării.

„Așa cum știam deja despre această anizotropie, nimeni nu cercetase în detaliu cum ar putea fi utilizată efectiv pentru a atenua forța interacțiunii oscilante”.

„Am constatat că există un unghi special sau un punct dulce, într-un anumit plan al cristalului de siliciu, în care interacțiunea dintre cuburi este mai elastică. Important, acest punct dulce este realizabil folosind tehnici de microscopie de scanare prin tunelare cu scanare (STM) existente dezvoltate la UNSW. “

“La urma urmei, atât problema, cât și soluția sa provin direct din simetriile de cristal, deci aceasta este o întorsătură frumoasă.”

Folosind un STM, echipa este capabilă să traseze funcția de undă a atomilor în imagini 2D și să identifice locația lor spațială exactă în cristalul de siliciu – demonstrat pentru prima dată în 2014 cu cercetări publicate în Materiale naturale și avansat la un 2016 Nanotehnologia naturii hârtie

În ultimele cercetări, echipa a folosit aceeași tehnică STM pentru a observa detaliile la scară atomică ale interacțiunilor dintre cuburile atomului unit.

„Folosind tehnica noastră de imagistică cu starea cuantică, am putut observa pentru prima dată atât anizotropia în funcția de undă, cât și efectul interferenței directe în plan – acesta a fost punctul de plecare pentru înțelegerea modului în care se dezvoltă această problemă”, spune dr. Voisin. .

„Ne-am dat seama că trebuie să procesăm mai întâi impactul fiecăreia dintre aceste două componente separat, înainte de a analiza figura completă pentru a rezolva problema – așa că am putea găsi acest punct dulce, care este ușor compatibil cu precizia plasării atomice. furnizate de tehnica noastră de litografie STM. “

Construirea unui atom de siliciu cuantic computerizat din atom

Oamenii de știință UNSW de la CQC2T conduc lumea în cursa pentru a construi calculatoare cuantice bazate pe siliciu. Cercetători la CQC2T și firma sa de comercializare SQC sunt singura echipă din lume care are capacitatea de a vedea poziția exactă a coților lor în stare solidă.

În 2019, grupul Simmons a atins o etapă importantă în abordarea lor de stabilire a preciziei – cu prima echipă care a construit cea mai rapidă poartă cu cupolă dublă în siliciu prin plasarea a două cupole atomice una lângă alta, apoi observarea și măsurarea pentru a le controla stările de rotație în timp real. Cercetarea a fost publicată în Natură.

Acum, cu ultimele progrese ale echipei Rogge, cercetătorii de la CQC2T și SQC sunt poziționate pentru a utiliza aceste interacțiuni pe sisteme la scară mai mare pentru procesoare scalabile.

„A fi capabili să observăm și să plasăm cu precizie atomii în cipurile noastre de siliciu continuă să ofere un avantaj competitiv pentru fabricarea calculatoarelor cuantice din siliciu”, spune Prof Simmons.

Echipele combinate Simmons, Rogge și Rahman lucrează cu SQC pentru a construi primul computer cuantic comercial, util în siliciu. Co-localizat cu CQC2În campusul UNSW Sydney, obiectivul SQC este de a construi procesor cuantic de cea mai înaltă calitate și cel mai stabil.

Referințe:

“Interferența și schimbul de rotație al văii la scară atomică în siliciu” de B. Voisin, J. Bocquel, A. Tankasala, M. Usman, J. Salfi, R. Rahman, MY Simmons, LCL Hollenberg și S. Rogge, 30 Noiembrie 2020, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19835-1

„Quantum Valley Interference in Spatial Solution of a Donor in Silicon” de J. Salfi, JA Mol, R. Rahman, G. Klimeck, MY Simmons, LCL Hollenberg și S. Rogge, 6 aprilie 2014, Materiale naturale.
DOI: 10.1038 / nmat3941

„Metrologia spațială a dopantului în siliciu cu precizie a suprafeței ochiurilor de precizie” de M. Usman, J. Bocquel, J. Salfi, B. Voisin, A. Tankasala, R. Rahman, MY Simmons, S. Rogge și LCL Hollenberg , 6 iunie 2016, Nanotehnologia naturii.
DOI: 10.1038 / nnano.2016.83

„O poartă cu două cuburi între electronii donatori de fosfor din siliciu” de Y. Ai, SK Gorman, D. Keith, L. Kranz, JG Keizer și MY Simmons, 17 iulie 2019, Natură.
DOI: 10.1038 / s41586-019-1381-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

ADN origami folosit pentru monitorizarea direcționării genelor CRISPR

Imagine cu microscopie electronică a brațelor rotorului ADN origami, „L” portocaliu slab atașat la particulele de culoare mov. Credit: Imagine datorită Julene Madariaga...

Tatuaje inteligente OLED: inginerii creează tatuaje care emit lumină

Echipamente pentru tatuaje OLED. Credit: Barsotti - Institutul italian de tehnologie Oamenii de știință de la UCL și IIT -Istituto Italiano di Tecnologia (Institutul...

Modelele lui Moiré facilitează descoperirea unor faze izolatoare noi neașteptate

Formarea modelului moire de către doi faguri în fagure. Credit: Microwave Nano-Electronics Lab, UC Riverside Un studiu condus de UC Riverside a observat faze...

Newsletter

Subscribe to stay updated.