Weltweiter Durchbruch: Erster Quantenchip nutzt fortschrittliche Lithografie zur Skalierung von Qubits

Dies ist möglich, weil Quantencomputer Quantenbits (Qubits) nutzen, die mehrere Werte gleichzeitig (0 oder 1) speichern und Berechnungen parallel durchführen können. Obwohl Unternehmen um die Entwicklung der ersten kommerziell skalierbaren Quantencomputer konkurrieren, liegt die Herausforderung nicht in ihrer Schaffung, sondern in ihrer Einführung.

Große Technologieunternehmen eine Reihe entwickelt, um Quantenberechnungen durchzuführen. Die aktuelle Herausforderung besteht darin, Maschinen im großen Maßstab zu entwickeln, die diese Berechnungen zuverlässig ausführen können.

Schätzungen zufolge könnte ein solcher Zukunftszustand bis 2030 erreicht werden; durch Imecs jüngste Leistung könnte er jedoch bereits früher eintreten. Imecs Genie liegt nicht in der Entwicklung einer neuen Art, sondern darin, diejenige zu nutzen, die am einfachsten skalierbar ist.

Technischer Hintergrund

Die Verwendung, auch als Industrie-Qubits bezeichnet, stellt den einfachsten Ansatz zur Skalierung dar, da er die bestehende Chip-Herstellungsinfrastruktur für die Fertigung funktionieren, indem sie einzelne Elektronen in Siliziumstrukturen einfangen, wobei die Spins der Elektronen Informationen speichern.

Die umgebenden metallischen Steuergatter manipulieren die Wechselwirkungen zwischen den Quantenpunkten. Theoretisch klingt dies einfach; in der Praxis ist die Umsetzung jedoch ausgesprochen schwierig. Die Qubits funktionieren, indem sie einzelne Elektronen in Siliziumstrukturen einfangen, wobei der Spin des Elektrons Informationen speichert.

Die umgebenden metallischen Steuergatter manipulieren die Wechselwirkungen zwischen den Quantenpunkten. Theoretisch klingt dies einfach, doch die praktische Umsetzung ist äußerst anspruchsvoll.

Technik und Auswirkungen

Die Leistung eines solchen Chips hängt vom Abstand zwischen den Steuerelektroden ab: Je kleiner der Abstand zwischen den Quantenpunkten, desto besser ist die Steuerbarkeit und die Treue (Fidelity) des Systems.

Da dieser Abstand auf dem Siliziumwafer im Nanometerbereich (10^-9 m) liegt, benötigte das Forschungsteam einen hochentwickelten Ansatz, um das System zum Laufen zu bringen. Die High-NA-EUV-Lithografie: Die Forscher (NA-EUV), die neueste Technologie, die die Halbleiterindustrie plant, um Prozessoren mit Abständen unter zwei Nanometern zu realisieren.

Während diese Technologie derzeit zur Herstellung für künstliche Intelligenz (KI) und dichten Speicherchips eingesetzt wird, haben Forscher, um Quantenprozessoren zu entwickeln.

Die High-NA EUV-Lithographiemaschine wiegt stolze 150

Die High-NA EUV-Lithographiemaschine wiegt stolze 150 Tonnen und ist so groß wie ein Bus; ihre Spiegel sind doppelt so groß und zehnfach schwerer als bei konventionellen EUV-Lithographiewerkzeugen.

Die Technologie steht kurz vor dem Einzug bei Halbleiterherstellern, die sie in ihre Produktionsabläufe integrieren möchten, doch Imec hat sie stattdessen zur Entwicklung mit diesem Vorhaben noch keine Durchbrüche im Bereich des Quantenrechnens. Das ist auch nicht nötig.

Die Aufgabe des Labors besteht nicht darin, ein leistungsstarkes Quantencomputer-Gerät zu bauen, sondern nachzuweisen, dass solche Systeme leicht skalierbar sind – genau das hat die High-NA EUV-Lithographie bewiesen.

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Während Quanten-Startups möglicherweise neue Qubits mit enormer Rechenleistung entwickeln, müssen sie ebenfalls klären, wie diese Systeme skaliert werden können. Imec hat kürzlich nachgewiesen, dass Silizium-Qubits leicht skalierbar sind und keine technologische Evolution im Bereich des Quantencomputings erfordern, um eingeführt zu werden.

Mit Abständen 6 nm in einem für 300-mm-Wafer kompatiblen Fertigungsprozess ermöglicht Imec die Integration einzigen Chip. Noch wichtiger ist, dass die Einführung äten möglicherweise nahtloser verlaufen kann, da Halbleiterhersteller ären Bits zu Qubits wechseln, ohne die Fertigungsprozesse grundlegend überarbeiten zu müssen.

Auch die Quanten-Zukunft muss nicht bis 2030 warten.