Projektbeschreibung
Bau von Quantencomputer-Hardware, die bei höheren kryogenen Temperaturen arbeiten kann
Quantentechnologien bergen das Potenzial, Rechenprobleme zu lösen, die für klassische Computer zu komplex sind. Die derzeitigen Hardware-Quantentechnologien beschränken sich in erster Linie auf integrierte Qubits, die bei extremen kryogenen Temperaturen von zehn bis hundert Millikelvin arbeiten. Die Steuer- und Ausleseschaltungen befinden sich zudem außerhalb des Chips, der die Qubits enthält. All diese Aspekte zusammengenommen stellen ein Hindernis für den Bau praktischer Quantencomputer mit einer großen Anzahl von Qubits dar. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts IQubits sollen integrierte Qubit-Steuer- und -Ausleseschaltungen angefertigt werden, die bei höheren Temperaturen arbeiten und auf dem gleichen Chip integriert werden können. Konkret werden die Forschenden Hochtemperatur-Si- und -SiGe-Loch-Spin-Qubits und integrierte Schaltkreise in kommerzieller, vollständig verarmter 22-nm-Silizium-auf-Isolator-CMOS-Technologie entwickeln.
Ziel
The objectives of the interdisciplinary project IQubits are to (i) develop and demonstrate experimentally high-temperature (high-T) Si and SiGe electron/hole-spin qubits and qubit integrated circuits (ICs) in commercial 22nm Fully-Depleted Silicon-on-Insulator (FDSOI) CMOS foundry technology as the enabling fundamental building blocks of quantum computing technologies, (ii) verify the scalability of these qubits to 10nm dimensions through fabrication experiments and (iii) prove through atomistic simulations that, at 2nm dimensions, they are suitable for 300K operation. The proposed 22nm FDSOI qubit ICs consist of coupled quantum-dot electron and hole spin qubits, placed in the atomic-scale channel of multi-gate n- and p-MOSFETs, and of 60-240GHz spin control/readout circuits integrated on the same die in state-of-the-art FDSOI CMOS foundry technology. To assess the impact of future CMOS scaling, more aggressively scaled Si-channel SOI and nitride-channel qubit structures will also be designed and fabricated in two experimental processes with 10nm gate half pitch. The latter will be developed in this project. The plan is for the III-nitrides (III-N) qubits to be ultimately grown on a SOI wafer, to be compatible with CMOS. Because of their larger bandgap, III-N hold a better prospect than Si and SiGe for qubits with larger coupling energy and mode energy splitting, and 300K operation. As a radical breakthrough, the fabricated qubits will feature coupling energies on the order of 0.25-1 meV corresponding to control frequencies in the 60-240GHz range, suitable for operation at 3–12 degrees Kelvin, two orders of magnitude higher than today's qubits. The tuned mm-wave circuits allow for 10-20ps spin control pulses which help to filter out wideband thermal noise and largely enhance the ratio between the gating and the decoherence times. Thermal noise filtering and fast control of the spin may lead to even higher temperature operation for a given energy-level splitting.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
30-059 Krakow
Polen