Des chercheurs de l'UNSW du Centre d'excellence pour le calcul quantique et les technologies de communication (CQC2T) ont montré pour la première fois qu'ils pouvaient créer des qubits de précision atomique dans un appareil 3D, une autre étape majeure vers un ordinateur quantique universel.

L'équipe de chercheurs, dirigé par l'Australienne de l'année 2018 et directrice du CQC2T Professeur Michelle Simmons, ont démontré qu'ils peuvent étendre leur technique de fabrication de qubits atomiques à plusieurs couches d'un cristal de silicium, réalisant ainsi un composant essentiel de l'architecture de puce 3D qu'ils ont présentée au monde en 2015. Cette nouvelle recherche a été publiée aujourd'hui dans Nature Nanotechnologie .

Le groupe est le premier à démontrer la faisabilité d'une architecture qui utilise des qubits à l'échelle atomique alignés sur des lignes de contrôle, qui sont essentiellement des fils très étroits, à l'intérieur d'une conception 3D.

Quoi de plus, l'équipe a pu aligner les différentes couches de son appareil 3D avec une précision nanométrique et a montré qu'elle pouvait lire les états de qubit en un seul coup, c'est-à-dire dans une seule mesure, avec une très haute fidélité.

"Cette architecture d'appareil 3D est une avancée significative pour les qubits atomiques dans le silicium, " explique le professeur Simmons. " Pour pouvoir corriger en permanence les erreurs dans les calculs quantiques - une étape importante dans notre domaine - vous devez être capable de contrôler de nombreux qubits en parallèle.

"La seule façon de le faire est d'utiliser une architecture 3-D, Ainsi, en 2015, nous avons développé et breveté une architecture verticale croisée. Cependant, il y avait encore une série de défis liés à la fabrication de ce dispositif multicouche. Avec ce résultat, nous avons maintenant montré que l'ingénierie de notre approche en 3D est possible de la manière dont nous l'envisagions il y a quelques années."

Dans ce document, l'équipe a démontré comment construire un deuxième plan ou couche de contrôle au-dessus de la première couche de qubits.

"C'est un processus très compliqué, mais en termes très simples, nous avons construit le premier avion, puis optimisé une technique pour faire croître la deuxième couche sans impacter les structures de la première couche, " explique le chercheur et co-auteur du CQC2T, Dr Joris Keizer.

"Autrefois, les critiques diraient que ce n'est pas possible car la surface de la deuxième couche devient très rugueuse, et vous ne seriez plus en mesure d'utiliser notre technique de précision—cependant, Dans cet article, nous avons montré que nous pouvons le faire, contrairement aux attentes."

L'équipe a également démontré qu'elle peut ensuite aligner ces multiples couches avec une précision nanométrique.

« Si vous écrivez quelque chose sur la première couche de silicium et que vous placez ensuite une couche de silicium par-dessus, vous devez toujours identifier votre emplacement pour aligner les composants sur les deux calques. Nous avons montré une technique qui permet d'obtenir un alignement en moins de 5 nanomètres, ce qui est assez extraordinaire, " dit le Dr Keizer.

Dernièrement, les chercheurs ont pu mesurer la sortie qubit de l'appareil 3-D avec ce qu'on appelle un seul coup, c'est-à-dire avec un seul, mesure précise, plutôt que de devoir compter sur la moyenne de millions d'expériences. « Cela nous aidera en outre à nous développer plus rapidement, " explique le Dr Keizer.

Vers la commercialisation

Le professeur Simmons dit que cette recherche est une étape importante dans le domaine.

« Nous travaillons systématiquement vers une architecture à grande échelle qui nous conduira à la commercialisation éventuelle de la technologie.

"C'est un développement important dans le domaine de l'informatique quantique, mais c'est aussi assez excitant pour SQC, " dit le professeur Simmons, qui est également le fondateur et administrateur de SQC.

Depuis mai 2017, La première entreprise d'informatique quantique d'Australie, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), a travaillé pour créer et commercialiser un ordinateur quantique basé sur une suite de propriété intellectuelle développée au CQC2T et sa propre propriété intellectuelle exclusive.

"Alors que nous sommes encore à au moins une décennie d'un ordinateur quantique à grande échelle, le travail du CQC2T reste à la pointe de l'innovation dans cet espace. Des résultats concrets comme ceux-ci réaffirment notre position forte à l'international, " conclut-elle.