Благодаря гранту Министерства энергетики США группа учёных из Техасского университета в Далласе разработала метод более точного создания кремниевых кубитов, что в перспективе может привести к массовому производству квантовых процессоров на основе полупроводникового производства. Исследование находится на ранней стадии изучения, но рассматривается как перспективное.
Слева показана пластина со слоем атомов водорода, а справа — с извлечёнными из слоя атомами водорода. Источник изображения: University of Texas at Dallas
Производство чипов с использованием кремниевых пластин настолько хорошо изучено и отлажено, что создание квантовых процессоров на кремниевых кубитах представляется хорошо продуманным решением для первого шага в направлении квантовых компьютеров. В частности, кремниевыми кубитами в числе прочих исследований занимается компания Intel.
Учёные из Техасского университета в Далласе взяли за основу один из вариантов создания кремниевых кубитов на основе кремниевых пластин с атомарно тонким слоем осаждённого водорода — это так называемая пассивация, когда одним веществом (в данном случае — водородом) покрывают всю поверхность пластины. На такой пластине кубиты можно сформировать с помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Атом водорода выхватывается и затем с помощью осаждения из газовой среды на его место осаждается фосфин — в соединении с кремнием в этом месте формируется кубит.
Зонд СТМ может работать в двух режимах: в режиме визуализации, тогда он показывает изображение с атомарным разрешением и в режиме манипулятора, когда кончик зонда удаляет или перемещает атомы вещества с такой же точностью. По понятным причинам в первом случае используются более слабые токи и напряжения, чем во втором.
До сих пор точность использования зонда СТМ для манипуляции атомами была недостаточно высокой. Оператор мог легко ошибиться и выхватить зондом атом водорода не там, где это нужно. Исследователи из Техасского университета случайно выяснили, что зонд микроскопа может манипулировать атомами водорода даже в режиме визуализации и это происходит с потрясающей точностью.
«Мы поняли, что действительно можем использовать этот метод для контролируемого удаления атомов водорода, — сказал руководитель исследования доктор Реза Мохеймани (Reza Moheimani). — Это стало неожиданностью. Это одна из тех вещей, которые случаются во время экспериментов, и вы пытаетесь объяснить это и воспользоваться этим».
Понятно, что для промышленного применения нужен совсем другой инструмент, чем лабораторный сканирующий туннельный микроскоп. Поэтому учёные собираются изучить вопрос создания устройства с множеством параллельно работающих зондов и ускорить процесс манипулирования атомами. Прибор со 100 зондами и со скоростью в 10 раз большей, чем работа СТМ даст 1000-кратный прирост производительности, и тогда можно будет говорить о коммерческом применении разработки.
Источник:
