Квантовые компьютеры станут точнее. В США создали сверхчистый кремний для новых чипов

Об этом пишет издание Interesting Engineering .

Исследователи из Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработали способ производства кремния и германия с рекордно низким содержанием изотопов, мешающих работе квантовых компьютеров.

Главным достижением стало получение кремния-28 с чистотой 99,9999%. Концентрацию изотопов, создающих так называемый «атомный шум», удалось снизить до уровня менее одной части на миллион. Это более чем в 100 раз чище, чем доступные сегодня коммерческие материалы.

В квантовых компьютерах используются не обычные биты, а кубиты, которые очень чувствительны к любым внешним воздействиям. Даже слабые магнитные колебания внутри материала могут привести к тому, что кубит потеряет свое квантовое состояние и, следовательно, информацию.

Проблему создают отдельные природные изотопы. В природном кремнии содержится небольшое количество кремния-29, а в германии — германия-73. В отличие от других изотопов, они обладают ядерным спином, из-за чего ведут себя как микроскопические магниты. Большое количество таких атомов создает фоновые магнитные помехи, ухудшающие работу кубитов.

Ученым давно было известно, что удаление этих изотопов может значительно улучшить квантовые процессоры. В частности, еще в 2014 году исследование показало, что кубиты, созданные из очищенного кремния-28, работают стабильнее и дольше сохраняют квантовое состояние. Однако получить столь чистые материалы было сложно.

В рамках нового проекта ORNL осуществляла очистку изотопов с помощью усовершенствованной электромагнитной технологии разделения атомов по массе. Затем материалы были переданы в PNNL, где их преобразовали в сверхчистые газы — силан и герман. Именно они используются при производстве современных полупроводниковых чипов.

По словам директора Управления исследований и производства изотопов Министерства энергетики США Кристофера Ландерса, удалось достичь уровня изотопной чистоты, который ранее не был достигнут. Он отметил, что это создает основу для разработки более стабильных квантовых компьютеров.

В то же время авторы работы подчеркивают, что это не означает мгновенного прорыва в данной области. Предстоит еще подтвердить преимущества этих материалов в коммерческих квантовых устройствах и наладить их производство в промышленных масштабах. Кроме того, в США планируют упростить производство и увеличить выпуск очищенных материалов для будущих квантовых технологий.