Квантові комп’ютери стануть точнішими. У США створили надчистий кремній для нових чипів

Про це пише видання Interesting Engineering.

Дослідники з Національної лабораторії Оук-Ридж (ORNL) та Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії (PNNL) створили спосіб виробництва кремнію й германію з рекордно низьким вмістом ізотопів, які заважають роботі квантових комп’ютерів.

Головним досягненням стало отримання кремнію-28 із чистотою 99,9999%. Концентрацію ізотопів, що створюють так званий «атомний шум», вдалося знизити до менш ніж однієї частини на мільйон. Це більш ніж у 100 разів чистіше, ніж доступні сьогодні комерційні матеріали.

Квантові комп’ютери використовують не звичайні біти, а кубіти, які дуже чутливі до будь-яких зовнішніх впливів. Навіть слабкі магнітні коливання всередині матеріалу можуть змусити кубіт втратити свій квантовий стан і, відповідно, інформацію.

Проблему створюють окремі природні ізотопи. У природному кремнії міститься невелика кількість кремнію-29, а в германії — германію-73. На відміну від інших ізотопів, вони мають ядерний спін, через що поводяться як мікроскопічні магніти. Велика кількість таких атомів утворює фонові магнітні перешкоди, які погіршують роботу кубітів.

Вчені давно знали, що видалення цих ізотопів може значно покращити квантові процесори. Зокрема, ще у 2014 році дослідження показало, що кубіти, створені з очищеного кремнію-28, працюють стабільніше й довше зберігають квантовий стан. Однак отримати настільки чисті матеріали було складно.

У новому проєкті ORNL очищувала ізотопи за допомогою вдосконаленої електромагнітної технології розділення атомів за масою. Після цього матеріали передали до PNNL, де їх перетворили на надчисті гази силан і герман. Саме вони використовуються під час виробництва сучасних напівпровідникових чипів.

За словами директора Управління досліджень і виробництва ізотопів Міністерства енергетики США Крістофера Ландерса, вдалося досягти такого рівня ізотопної чистоти, якого раніше не отримували. Він зазначив, що це створює основу для розробки більш стабільних квантових комп’ютерів.

Водночас автори роботи наголошують, що це не означає миттєвого прориву в галузі. Попереду ще потрібно підтвердити переваги матеріалів у комерційних квантових пристроях і налагодити їх виробництво у великих масштабах. Також у США планують спростити виробництво та збільшити випуск очищених матеріалів для майбутніх квантових технологій.