FinFET au silicium hébergeant des qubits de spin trou à des températures supérieures à 4 Kelvin

FinFET au silicium hébergeant des qubits de spin trou à des températures supérieures à 4 Kelvin

Crédit : Camenzind et al.

L’idée de créer un ordinateur quantique basé sur le spin à l’aide de points quantiques a été introduite pour la première fois par Daniel Loss et David Di Vincenzo en 1998. Depuis lors, d’innombrables ingénieurs et physiciens du monde entier ont tenté de concrétiser leur vision en utilisant des composants matériels existants et nouvellement développés.

Jusqu’à présent, le silicium s’est avéré être l’un des matériaux les plus prometteurs pour créer des ordinateurs quantiques basés sur le spin, car la plupart des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) utilisés aujourd’hui sont en silicium. De plus, le silicium peut être conçu pour être exempt de spins nucléaires, qui sont connus pour dégrader la cohérence des qubits de spin dans les ordinateurs quantiques.

Des chercheurs de l’Université de Bâle et d’IBM Research-Zurich ont récemment exploré la possibilité d’héberger des qubits de spin dans des FinFET à base de silicium, une classe de transistors introduite pour la première fois par des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley. Leurs résultats, publiés dans Électronique naturelleétaient très prometteurs, car ils suggèrent que les FinFET pourraient contribuer à améliorer l’évolutivité des technologies quantiques.

“Des milliards de FinFET sont utilisés dans les puces informatiques d’aujourd’hui”, ont déclaré Andreas Kuhlmann et Dominik Zumbühl, deux des chercheurs qui ont mené l’étude, à TechXplore. “Atteindre l’évolutivité (c’est-à-dire passer de quelques dizaines de qubits à plusieurs millions) reste le plus grand défi de l’informatique quantique. Alors, nous nous sommes dit : pourquoi ne pas construire un ordinateur quantique avec une plate-forme qui a réussi à maîtriser ce défi ? De plus, les FinFET sont également d’excellents hôtes pour les qubits de spin (trou) et une propriété très pratique des qubits de spin trou est leur interaction spin-orbite.”

L’interaction spin-orbite est une propriété importante des qubits de spin trou qui peut être très avantageuse, car elle permet aux chercheurs de manipuler les états de spin en leur appliquant un signal électrique oscillant. La théorie de la physique prédit que les trous dans les FinFET au silicium auront une interaction spin-orbite inhabituellement importante qui peut être modulée électriquement.

Dans leurs expériences, Kuhlmann, Zumbühl et leurs collègues ont testé cette prédiction en utilisant un dispositif FinFET standard pour héberger de petits qubits de spin rapides et cohérents qui résistent aux températures élevées. En fin de compte, ils ont découvert que le FinFET au silicium pouvait héberger les qubits de spin fonctionnant à des températures supérieures à 4 Kelvin.

“Nos dispositifs fonctionnent de la même manière qu’un transistor classique, où l’électrode de grille contrôle le flux de courant de la source au drain”, ont expliqué Kuhlmann et Zumbühl. “Ici, nous utilisons les portes pour piéger les spins à un seul trou. Une fois les spins localisés (à l’intérieur de ce que nous appelons un point quantique), des signaux micro-ondes peuvent être appliqués pour manipuler l’état de spin. Plus ces points quantiques sont petits, plus ils sont robustes. contre la température.”

Les FinFET réalisés par les chercheurs ressemblent à ceux qui sont actuellement fabriqués dans le monde entier. Cela signifie qu’ils pourraient être faciles à intégrer aux composants existants et à mettre à l’échelle (c’est-à-dire en augmentant le nombre de qubits qu’ils contiennent).

D’autres plates-formes informatiques quantiques existantes, telles que celles hébergeant des qubits supraconducteurs, doivent généralement fonctionner à des températures millikelvin (mK). Les qubits hébergés dans la plateforme développée par les chercheurs, en revanche, peuvent fonctionner à des températures supérieures à 4K.

“Un cryostat fonctionnant à 4K est techniquement beaucoup moins exigeant qu’un cryostat fonctionnant à des températures mK”, ont déclaré Kuhlmann et Zumbühl. “De plus, à 4K, la puissance de refroidissement disponible est de plusieurs ordres de grandeur plus grande qu’à des températures mK. Cela signifie qu’à l’avenir, nous pourrions intégrer l’électronique de contrôle classique (requise pour le contrôle des qubits) sur puce avec les qubits. Ceci est important lors de la mise à l’échelle le nombre de qubits, car le nombre de lignes de contrôle allant de la température ambiante à mK à l’intérieur d’un réfrigérateur est limité, et plus il y a de qubits, plus il faut de lignes de contrôle.”

À l’avenir, la récente étude menée par Kuhlmann, Zumbühl et leurs collègues pourrait contribuer à accélérer le développement de la technologie informatique quantique et à améliorer son évolutivité. En attendant, les chercheurs prévoient d’optimiser davantage les performances des qubits à l’intérieur de leur appareil.

“Nous voulons rendre les qubits plus cohérents et en même temps réduire les temps de porte”, ont déclaré Kuhlmann et Zumbühl. “De plus, nous aimerions augmenter le nombre de qubits à l’intérieur de notre transistor.”


Un état intriqué à trois qubits a été réalisé dans un réseau entièrement contrôlable de qubits de spin dans du silicium


Plus d’information:
Leon C. Camenzind et al, Un qubit de spin de trou dans un transistor à effet de champ à ailettes au-dessus de 4 kelvin, Électronique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41928-022-00722-0

© 2022 Réseau Science X

Citation: Silicon FinFET hébergeant des qubits de spin de trou à des températures supérieures à 4 Kelvin (2022, 29 mars) récupéré le 29 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-silicon-finfets-hosting-hole-qubits.html

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