Сверхчистый кремний откроет доступ к компьютерам нового поколения
Кремний настолько важен для электроники и вычислений, что он сам стал синонимом технологии – в его честь даже была названа долина – 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 добывать.
Он хорошо работал на протяжении десятилетий, способствуя невероятному распространению компьютеров, но для более продвинутых систем чистота кремния становится ограничивающим фактором.
Квантовые компьютеры могут «проникнуть» в область квантовой физики, чтобы делать то, что обычные компьютеры сделать не могут, но квантовые биты (кубиты), которые обрабатывают и хранят информацию, могут потерять свою «когерентность» при малейшем вмешательстве, например, при крошечном колебании температуры или примеси 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 проекта. «Кремний-29 имеет дополнительный нейтрон в ядре каждого атома, который действует как крошечный магнит, разрушая квантовую когерентность и создавая ошибки вычислений».
Поэтому для нового исследования ученые из Мельбурнского и Манчестерского университетов разработали способ получения гораздо более чистого кремния. Команда использовала устройство, называемое ионным имплантером, чтобы направить луч атомов кремния-28 на компьютерный чип, который постепенно заменяет примеси кремния-29 в чипе на более желательный кремний-28. Конечным результатом стало снижение содержания кремния-29 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 стандартную машину – ионный имплантер – который вы найдете в любой лаборатории по производству полупроводников, настроенную на конкретную конфигурацию, которую мы разработали», – сказал Дэвид Джеймисон.
Чем больше кубитов имеет квантовый компьютер, тем мощнее он может быть, но также тем более он уязвим к ошибкам. Новые сверхчистые кремниевые чипы должны помочь квантовым компьютерам с множеством кубитов оставаться стабильными дольше, и ученые говорят, что следующим шагом будет их тестирование.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications Materials.