الحوسبة الكمومية هي تقنية معقدة شيطانية مع العديد من العقبات التقنية التي تؤثر على التطوير. هناك موضوعان مهمان من هذه التحديات: التصغير وجودة Qubit.
استحوذت IBM على خريطة طريق Qubit الفائقة من أجل تحقيق معالج Qubit 1.121 بحلول عام 2023 ، مما يؤدي إلى توقع أن 1000 Qubits يمكن أن تكون ممكنة مع عامل شكل Qubit اليوم. ومع ذلك ، تتطلب الأساليب الحالية رقائق كبيرة جدًا (50 ملليمتر على جانب واحد أو أكبر) على مقياس رقائق صغيرة أو استخدام رقاقة لوحدات متعددة. على الرغم من أن هذا النهج سيعمل ، فإن الهدف هو تحقيق طريقة أفضل للتوسع.
الآن تمكن الباحثون من تقليل حجم Qubits والقيام بذلك بطريقة تقلل من التداخل بين Qubits المجاورة. زاد الباحثون من عدد Qubits الفائق التي يمكن إضافتها إلى الجهاز بعامل 100.
وقال وليام أوليفر ، مدير مركز تكنولوجيا الكم “نحن نتعامل مع كل من تصغير Qubit”. “على عكس تحجيم الترانزستور التقليدي ، الذي يكون فيه العدد فقط مهمًا حقًا ، لا يجب أن يكون كافيًا للاستيارات ، ويجب أن يكون قويًا أيضًا. ضحية الأداء لرقم QUBIT ليست تجارة مفيدة في الحوسبة الكمومية. عليك أن تسير جنبا إلى جنب. “
يعتمد مفتاح هذه الزيادة الكبرى في كثافة Qubit وتقليل التداخل على استخدام المواد ثنائية الأبعاد ، وخاصة النيتريد السداسي لعزل ثنائي الأبعاد (HBN). أظهر أولئك الذين لديهم باحثون أنه يمكن تكديس بعض الأحاديات الذرية بواسطة HBN من أجل تشكيل العازل في المكثفات من Qubit فائقة الموصية.
تمامًا مثل المكثفات الأخرى ، فإن المكثفات لها شكل شطيرة في هذه الدوائر الموصل الفائقة ، حيث تكون مادة المعزل محدودة بين لوحين معدنيين. الفرق الكبير لهذه المكثفات هو أن الدوائر الفائقة يمكن أن تعمل فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية ، ما هو أكثر من 0.02 درجة فوق الصفر تمامًا (-273.15 درجة مئوية).
يتم قياس Qubits الفائقة في درجات حرارة في ثلاجة ترقق من 20 ملليفين فقط.ناثان الصيد/منجم
في هذه البيئة ، تحتوي المواد العازلة المتوفرة على الوظيفة ، مثل أكسيد السيليكون PE-CVD أو نيتريد السيليكون ، على بعض العيوب التي تهدف إلى فقدان تطبيقات الكمبيوتر الكم. لتجنب هذه العيوب المادية ، تستخدم معظم الدوائر الفائقة المكثفات التي يطلق عليها Coplanar. في هذه المكثفات ، يتم وضع الألواح معًا بدلاً من واحدة فوق الأخرى.
ونتيجة لذلك ، فإن الركيزة السيليكون الجوهرية تحت الألواح وبدرجة أصغر تعمل الفراغ على الألواح ككهرباء مكثفة. السيليكون الجوهري نقي كيميائيًا ، وبالتالي يحتوي على عدد قليل من العيوب ، والحجم الكبير يخفف من المجال الكهربائي على مناطق الحدود اللوحة ، والتي تؤدي جميعها إلى مكثف بفقدان منخفض. حجم جانبي كل لوحة في هذا التصميم المفتوح كبير جدًا (عادة ما يكون 100 × 100 ميكرومتر) من أجل تحقيق السعة المطلوبة.
من أجل الابتعاد عن التكوين الجانبي الكبير ، بحث أولئك الذين لديهم باحثون عن عازل لديه عدد قليل جدًا من العيوب ويتوافق مع لوحات مكثف فائقة التوصيل.
وقال مؤلف كولاد جويل وانغ ، وهو عالم أبحاث في مجموعة النظام الكمومي الهندسي لمختبر أبحاث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للإلكترونيات: “قررنا التحقيق في HBN لأنه العازل الأكثر استخدامًا في أبحاث المواد ثنائية الأبعاد بسبب نظافته وقصور الذكرى الكيميائية”.
على جانبي HBN ، استخدم الباحثون مادة التكييف الفائقة ثنائية الأبعاد ، niobium diselenide. كان أحد أصعب الجوانب في إنتاج المكثفات هو العمل مع ديلينيد النيوبيوم ، والذي يتأكسد وفقًا لـ Wang في غضون ثوانٍ. وهذا يتطلب تجميع المكثف في صندوق القفازات المملوءة بالأرجونجاس.
من الواضح أن هذا من شأنه أن يجعل من الصعب توسيع إنتاج إنتاج هؤلاء المكثفات ، لكن وانغ لا يعتبر هذا عاملاً محدودًا.
وقال وانغ: “ما يحدد عامل جودة المكثف هما الواجهتان بين المادتين”. “بمجرد صنع السندوتشات ، تكون الواجهتان” مختومة “ولا نرى أي انهيار ملحوظ مع مرور الوقت عندما نتعرض للغلاف الجوي.”
يرجع هذا الافتقار إلى التدهور إلى حقيقة أن حوالي 90 في المائة من المجال الكهربائي مدرجون في بنية السندوتشات ، بحيث لم يعد أكسدة السطح الخارجي لدورة النيوبيوم دورًا مهمًا. هذا في النهاية يجعل بصمة المكثف أصغر بكثير ويشرح تقليل المقاطع المتقاطعة بين Qubits المجاورة.
“التحدي الأكبر لتوسيع نطاق الإنتاج هو نمو مقياس النمو لـ HBN و 2D Super-Consults Love [niobium diselenide]وأضاف وانغ: “كيفية تكديس هذه الأفلام على مكدس الرقاقة”.
يعتقد وانغ أن هذا البحث أظهر أن ثنائي الأبعاد HBN هو مرشح عزل جيد لخطات التوصيل الفائق. يقول إن الأساسيات التي قام بها هذا مع الفريق ستعمل كخريطة شارع لاستخدام مواد هجينة -2D الأخرى لبناء التكييف الفائق.
