Oamenii de știință au creat siliciu ultra-curat pentru cipuri cuantice din generația următoare

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Cercetătorii au creat siliciu ultra-curat pentru cipuri cuantice. Unul dintre cele mai mari obstacole în dezvoltarea calculatoarelor cuantice nu este reprezentat de procesoare sau software, ci de semnalele magnetice extrem de slabe emise de atomii din materialele din care sunt fabricate cipurile. În tehnologiile bazate pe siliciu și germaniu, anumiți izotopi prezenți în mod natural generează un „zgomot” la scară atomică, care poate perturba qubiții (unitățile fundamentale de informație din calculul cuantic) și îi poate face să își piardă starea cuantică.

Cercetătorii au creat siliciu ultra-curat pentru cipuri cuantice. O echipă de cercetători de la Laboratorul Național Oak Ridge (ORNL) și Laboratorul Național Pacific Northwest (PNNL), aflate în subordinea Departamentului Energiei al SUA, a dezvoltat acum o metodă de producere a unor forme ultra-pure de siliciu și germaniu, care conțin de peste 100 de ori mai puțini izotopi perturbatori decât materialele comerciale disponibile în prezent. În cazul siliciului-28, puritatea obținută a ajuns la 99,9999%, un nivel fără precedent.

Calculatoarele cuantice sunt extrem de sensibile la mediul înconjurător. Chiar și fluctuații magnetice infime pot provoca fenomenul numit decoerență, prin care qubiții își pierd proprietățile cuantice și, implicit, informația pe care o stochează.

Cercetătorii au creat siliciu ultra-curat pentru cipuri cuantice. La ce folosește acesta?

O sursă importantă a acestor perturbații o reprezintă izotopii naturali ai siliciului și germaniului. De exemplu, siliciul conține în principal siliciu-28, dar și cantități mici de siliciu-29. În mod similar, germaniul este alcătuit din mai mulți izotopi, inclusiv germaniu-73. Spre deosebire de ceilalți izotopi, siliciul-29 și germaniul-73 au spin nuclear, o proprietate care îi face să se comporte asemenea unor magneți minusculi. Împreună, aceștia generează un zgomot magnetic suficient de puternic pentru a afecta funcționarea qubiților.

Cercetătorii știau de mai mult timp că eliminarea acestor izotopi ar putea îmbunătăți considerabil performanța calculatoarelor cuantice, însă obținerea unor materiale atât de pure s-a dovedit extrem de dificilă.

Pentru a rezolva această problemă, specialiștii de la ORNL au utilizat o versiune modernizată a tehnologiei de separare electromagnetică a izotopilor, care sortează atomii în funcție de masă. Astfel, au eliminat aproape complet siliciul-29 și germaniul-73, reducând concentrația lor la mai puțin de o parte la un milion, notează Interesting Engineering.

Materiale strategice

Materialele rezultate au fost apoi trimise la PNNL, unde au fost transformate în SiH₄ și GeH₄, gaze utilizate în industria semiconductorilor pentru depunerea unor straturi extrem de subțiri de siliciu și germaniu pe cipuri. Cercetătorii au dezvoltat și un proces suplimentar de purificare pentru a preveni recontaminarea materialelor în timpul fabricației. Deoarece aceste gaze sunt periculoase, întregul proces este monitorizat automat prin sute de parametri, pentru a menține atât siguranța, cât și puritatea chimică.

Noua tehnologie ar putea avea un impact important și asupra industriei americane, deoarece reface capacitatea de producție internă a unor materiale strategice pentru calculul cuantic, o capacitate pierdută în mare parte după dezafectarea instalațiilor istorice de separare a izotopilor în 1998.

În plus, metoda poate fi adaptată și pentru obținerea altor izotopi utilizați în diferite arhitecturi de calcul cuantic, precum germaniu-70, germaniu-76 sau yterbiu-171.

Deși rezultatele sunt promițătoare, cercetătorii subliniază că mai sunt pași importanți de parcurs. Ei trebuie să demonstreze că aceste materiale ultra-pure îmbunătățesc în mod constant performanța calculatoarelor cuantice comerciale și să dezvolte metode prin care producția să poată fi extinsă la scară industrială. Potrivit Departamentului Energiei al SUA, etapele următoare vor viza simplificarea procesului de fabricație, reducerea riscului de contaminare și creșterea capacității de producție, măsuri care ar putea accelera dezvoltarea viitoarelor tehnologii cuantice.

Vă recomandăm să citiți și:

Avans major pentru viitorul senzorilor cuantici

A fost lansat primul satelit comercial cu energie nucleară

Pentru prima dată, oamenii de știință ar fi creat o celulă sintetică de la zero

Iată cum sticlele de plastic ar putea ajuta bateriile!