بلژیک نخستین تراشه کوانتومی مبتنی بر لیتوگرافی پیشرفته را ساخت

پژوهشگران موسسه تحقیقاتی ایمک (Imec) در بلژیک موفق شدند نخستین دستگاه کیوبیت نقطه‌کوانتومی (Quantum Dot Qubit) جهان را با استفاده از فناوری پیشرفته لیتوگرافی High-NA EUV تولید کنند؛ دستاوردی که می‌تواند مسیر توسعه رایانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر را سریع‌تر و ساده‌تر از پیش‌بینی‌های فعلی هموار کند.

به گزارش interestingengineering، رایانه‌های کوانتومی به‌عنوان نسل آینده پردازش شناخته می‌شوند؛ زیرا قادرند مسائلی را در چند دقیقه حل کنند که حتی سریع‌ترین ابررایانه‌های امروزی برای حل آنها به دهه‌ها زمان نیاز دارند. این توانایی به لطف استفاده از کیوبیت‌ها حاصل می‌شود؛ واحد‌های پردازشی کوانتومی که برخلاف بیت‌های کلاسیک می‌توانند به‌طور هم‌زمان چندین حالت را ذخیره و پردازش کنند.

در حالی که شرکت‌های بزرگی مانند Google و IBM و همچنین استارتاپ‌های متعدد در رقابت برای ساخت نخستین رایانه کوانتومی تجاری هستند چالش اصلی دیگر صرفا ساخت این سامانه‌ها نیست بلکه تولید آنها در مقیاس بالا و با قابلیت اطمینان کافی است.

برآورد‌های فعلی نشان می‌دهد رایانه‌های کوانتومی کاربردی احتمالا تا سال ۲۰۳۰ به مرحله بهره‌برداری گسترده می‌رسند؛ اما دستاورد جدید ایمک می‌تواند این جدول زمانی را کوتاه‌تر کند.

استفاده از کیوبیت‌های صنعتی برای مقیاس‌پذیری آسان‌تر

نوآوری اصلی ایمک در طراحی نوع جدیدی از کیوبیت نیست بلکه در استفاده از کیوبیت‌های نقطه‌کوانتومی سیلیکونی است؛ فناوری‌ای که از آن با عنوان کیوبیت‌های صنعتی یاد می‌شود، زیرا قابلیت تولید با زیرساخت‌های فعلی صنعت نیمه‌هادی را دارد.

این کیوبیت‌ها با به دام انداختن الکترون‌های منفرد در ساختار‌های سیلیکونی عمل می‌کنند و اسپین الکترون‌ها وظیفه ذخیره اطلاعات را برعهده دارد. همچنین مجموعه‌ای از گیت‌های فلزی کنترل‌کننده تعامل میان نقاط کوانتومی را مدیریت می‌کنند.

اگرچه این فرایند در تئوری ساده به‌نظر می‌رسد، اما پیاده‌سازی عملی آن بسیار پیچیده است؛ زیرا عملکرد تراشه به فاصله میان الکترود‌های کنترلی وابسته است. هرچه فاصله میان نقاط کوانتومی کمتر باشد کنترل‌پذیری و دقت سیستم افزایش پیدا می‌کند. این فاصله‌ها در مقیاس نانومتری اندازه‌گیری می‌شوند و ساخت آنها به فناوری تولید بسیار پیشرفته نیاز دارد.

لیتوگرافی High-NA EUV؛ همان فناوری نسل آینده تراشه‌ها

پژوهشگران ایمک برای حل این چالش از فناوری لیتـوگرافی فرابنفش شدید با دهانه عددی بالا یا High-NA EUV استفاده کردند؛ فناوری‌ای که صنعت نیمه‌هادی قصد دارد از آن برای تولید پردازنده‌های زیر ۲ نانومتری آینده بهره ببرد.

این فناوری تاکنون بیشتر برای ساخت شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی و تراشه‌های حافظه متراکم مورد توجه بود، اما ایمک آن را برای توسعه پردازنده‌های کوانتومی به‌کار گرفت.

دستگاه‌های High-NA EUV ابعاد عظیمی دارند؛ وزن آنها به حدود ۱۵۰ تن می‌رسد و اندازه‌شان تقریباً هم‌اندازه یک اتوبوس است. همچنین آینه‌های مورد استفاده در این تجهیزات دو برابر بزرگ‌تر و حدود ۱۰ برابر سنگین‌تر از سامانه‌های لیتوگرافی EUV معمولی هستند.

امکان قرار دادن میلیون‌ها کیوبیت روی یک تراشه

ایمک هنوز ادعایی درباره دستیابی به رایانه کوانتومی فوق‌پیشرفته مطرح نکرده است اما هدف اصلی این پروژه نیز اثبات توان پردازشی نبود؛ بلکه نشان دادن امکان تولید انبوه و مقیاس‌پذیری این فناوری بود.

این موسسه اعلام کرده است که با استفاده از فرایند سازگار با ویفر‌های ۳۰۰ میلی‌متری و ایجاد فاصله‌هایی در حد ۶ نانومتر می‌توان میلیون‌ها کیوبیت را روی یک تراشه واحد مجتمع کرد.

به گفته پژوهشگران این رویکرد می‌تواند انتقال صنعت نیمه‌هادی از بیت‌های دودویی کلاسیک به کیوبیت‌های کوانتومی را بدون نیاز به بازطراحی گسترده خطوط تولید ممکن کند؛ موضوعی که شاید رسیدن به عصر رایانه‌های کوانتومی را زودتر از پیش‌بینی‌های فعلی رقم بزند.

انتهای پیام/