Кремний настолько важен для электроники и вычислений, что стал синонимом технологии – в его честь даже назвали долину – но у этого материала все еще есть свои недостатки. Теперь ученые нашли способ изготовления чипов из сверхчистого кремния, которые могут проложить путь к более стабильным квантовым компьютерам.
Кремний предпочтителен для электроники по нескольким причинам. Во-первых, это полупроводник, то есть его можно заставить проводить электричество на разных уровнях в разных условиях. Более того, поскольку это второй по распространенности элемент в земной коре, его нетрудно достать.
Это хорошо работало на протяжении десятилетий, способствуя невероятному распространению компьютеров, но для более продвинутых систем чистота кремния становится ограничивающим фактором. Квантовые компьютеры могут проникнуть в жуткую область квантовой физики, чтобы делать то, что обычные компьютеры не могут, но квантовые биты (кубиты), которые обрабатывают и хранят информацию, могут потерять свою «когерентность» при малейшем вмешательстве, например, при малейшем колебании температуры. или примесь кремния.
«Проблема в том, что, хотя встречающийся в природе кремний в основном представляет собой желаемый изотоп кремния-28, в нем также содержится около 4,5% кремния-29», — сказал профессор Дэвид Джеймисон, соруководитель исследования. проект. «Кремний-29 имеет дополнительный нейтрон в ядре каждого атома, который действует как крошечный магнит-бродяга, разрушая квантовую когерентность и создавая ошибки вычислений».
Поэтому для нового исследования исследователи из Мельбурнского и Манчестерского университетов разработали способ получения гораздо более чистого кремния. Команда использовала машину под названием ионный имплантатор, чтобы обстрелять компьютерный чип лучом кремния-28, который постепенно заменяет примеси кремния-29 в чипе более желательным кремнием-28. Конечным результатом стало то, что содержание кремния-29 было снижено с 4,5% до всего лишь 0,0002%, или двух частей на миллион.
«Хорошая новость заключается в том, что, очистив кремний до такого уровня, мы теперь можем использовать стандартная машина — ионный имплантатор — которую можно найти в любой лаборатории по производству полупроводников, настроенная на конкретную конфигурацию, которую мы разработали», — сказал профессор Джеймисон.
Чем больше кубитов имеет квантовый компьютер, тем мощнее это возможно, но при этом оно более уязвимо к ошибкам. Эти новые чипы из сверхчистого кремния должны помочь квантовым компьютерам с множеством кубитов оставаться стабильными дольше, и команда говорит, что следующим шагом будет их проверка.
Исследование было опубликовано в журнале Информационные материалы о природе.
