Nowa technologia komputerów kwantowych
Dla dzisiejszych inżynierów jedną z największych przeszkód w opracowaniu komputerów kwantowych są maleńkie sygnały magnetyczne pochodzące z pojedynczych atomów wewnątrz układów scalonych. W technologiach opartych na krzemie i germanie naturalnie występujące wersje tych materiałów zawierają izotopy generujące szum na skalę atomową, tworząc swoiste "zanieczyszczenia". Powoduje to, że delikatne kubity tracą informacje.
W przeciwieństwie do komputerów konwencjonalnych, komputery kwantowe przechowują informacje w kubitach, które są niezwykle wrażliwe na otoczenie. Nawet drobne zaburzenia na poziomie atomowym mogą spowodować utratę delikatnego stanu kwantowego kubitu.
Nowy patent inżynierów z ORNL i PNNL produkuje krzem-28 o czystości sięgającej aż 99,9999 proc. Do tej pory nikomu na świecie nie udało się stworzyć takiego stopnia czystości izotopów. Rozwiązanie to może pomóc kubitom dłużej utrzymywać swoje stany kwantowe, a jednocześnie wzmocnić krajowy łańcuch dostaw Stanów Zjednoczonych dla przyszłych technologii kwantowych.
Zobacz również:
Krok ku chipom przyszłości
W ORNL naukowcy wykorzystali zaawansowaną wersję elektromagnetycznej separacji izotopów (EMIS), techniki sortowania atomów według ich masy. Uzyskany krzem-28 osiągnął czystość 99,9999 proc. Wzbogacone materiały zostały następnie przeniesione do PNNL, gdzie naukowcy stanęli przed kolejnym wyzwaniem. Wysoce oczyszczone izotopy mogą łatwo ulec ponownemu zanieczyszczeniu podczas przetwarzania na przemysłowe substancje chemiczne wykorzystywane w produkcji chipów.
Aby temu zapobiec, PNNL opracowało nowe systemy konwersji i oczyszczania chemicznego, zdolne do przekształcania wzbogaconego krzemu i germanu w ultraczysty silan i german. Są to gazy wsadowe wykorzystywane w przemyśle półprzewodnikowym do osadzania niezwykle cienkich warstw krzemu i germanu na zaawansowanych chipach, w tym przyszłych urządzeniach kwantowych. Ponieważ silan i german to gazy niebezpieczne, naukowcy zbudowali również zautomatyzowane systemy sterowania, które stale monitorują setki warunków pracy, pomagając zachować zarówno bezpieczeństwo, jak i wyjątkowo wysoką czystość chemiczną w całym procesie produkcji. System rozpoczyna się od wzbogacania izotopowego, a kończy na materiałach prekursorowych klasy półprzewodnikowej, gotowych do produkcji urządzeń kwantowych. Jednak nawet to rozwiązanie nie eliminuje największych przeszkód w rozwoju komputerów kwantowych. Naukowcy muszą wykazać, że ich konstrukcja może przejść do produkcji przemysłowej.
