Mark van der Heijden
Wetenschappers van de Delftse spin-off QuTech zijn er met ingenieurs van Intel in geslaagd een qubit te maken met dezelfde industriële productiefaciliteiten als die waar conventionele computerchips in massa worden geproduceerd. Deze doorbraak maakt het mogelijk de duizenden qubits te produceren die nodig zijn voor praktische kwantumberekeningen.
“Industriële fabricagetechnieken zijn anders dan de technieken die gewoonlijk worden gebruikt om dergelijke quantum dot-monsters te fabriceren,” zegt Anne-Marije Zwerver, eerste auteur en PhD-onderzoeker. “Het was alsof we eerst met kalligrafie schreven en nu overstapten op een stencilmachine. De eerste geeft meer flexibiliteit, de tweede geeft een aanzienlijke verbetering in opbrengst en uniformiteit.”
Het vinden van een geschikt type qubit is een belangrijke stap op weg naar de productie van een schaalbare quantumcomputer. Een veelbelovende qubit-kandidaat is gebaseerd op de spin van enkele elektronen die worden gevangen in een silicium apparaat op nanoschaal. Doordat dit apparaat gelijkenis vertoond met conventionele transistors was de verwachting dat de kennis van de halfgeleiderindustrie kon worden gebruikt om deze qubit-apparaten te produceren.
Industriële halfgeleiderfabricage is betrouwbaar, maar wel gebonden aan strikte ontwerpregels. Belangrijke open vragen waren of de qubit-ontwerpen wel produceerbaar waren binnen de ontwerpregels en of de qubits de verwerkingsomstandigheden zouden overleven om een extreem hoge opbrengst te bereiken.
Het is onderzoekers gelukt beide vragen met ‘ja’ te beantwoorden. Zwerver: “In plaats van 20 apparaten per keer te maken, levert een fabricageronde ons nu tienduizenden apparaten op, waardoor we statistieken over de eigenschappen van de apparaten kunnen verzamelen.” Bovendien behoren belangrijke qubit-eigenschappen, zoals de levensduur, tot de hoogste die in dit soort qubits zijn gemeten.
“In veel artikelen staat: halfgeleider-spin-qubits in silicium zijn compatibel met CMOS-halfgeleiderfabricage. Maar nu pas hebben we bewezen dat dat ook echt waar is,” voegt hoofdwetenschapper bij QuTech Lieven Vandersypen toe. “Bovendien behaalde het Intel-team een ongeëvenaard rendement van 98%, vergeleken met 50% op een goede dag in onze universitaire cleanroom.”
De industriële fabricage van een enkel qubit apparaat is nu een feit. Parallelle inspanningen zijn gericht op het controleren van meerdere spin-qubits en het verbeteren van de kwaliteit van de qubitcontrole. Gecombineerd zullen deze vorderingen een solide basis leggen voor de realisatie van quantumcomputing op ware schaal met miljoenen qubits.
QuTech is een samenwerking van TNO en de Tu Delft. De organisatie streeft naar het ontwikkelen van schaalbare prototypes van een quantumcomputer. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Nature.
