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Integrated Qubits Towards Future High-Temperature Silicon Quantum Computing Hardware Technologies

Description du projet

Construire du matériel informatique quantique pouvant fonctionner à des températures cryogéniques plus élevées

Les technologies quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes de calcul trop complexes pour les ordinateurs classiques. Les technologies quantiques matérielles actuelles se limitent essentiellement à des qubits intégrés qui fonctionnent à des températures cryogéniques extrêmes, de l’ordre de dizaines à centaines de millikelvins. Les circuits de contrôle et de lecture sont également externes à la puce contenant les qubits. Tous ces problèmes constituent autant d’obstacles à la construction d’ordinateurs quantiques pratiques comportant un grand nombre de qubits. Le projet IQubits, financé par l’UE, prévoit de développer des circuits intégrés de contrôle et de lecture de qubits pouvant fonctionner à des températures plus élevées et pouvant être intégrés ensemble sur la même puce. Les chercheurs développeront en particulier des qubits et des circuits intégrés à haute température en Si et SiGe à trous de spin dans la technologie commerciale CMOS de 22 nm en silicium sur isolant entièrement appauvri.

Objectif

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.

Appel à propositions

H2020-FETOPEN-2018-2020

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Sous appel

H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01

Coordinateur

AKADEMIA GORNICZO-HUTNICZA IM. STANISLAWA STASZICA W KRAKOWIE
Contribution nette de l'UE
€ 386 505,55
Adresse
AL ADAMA MICKIEWICZA 30
30-059 Krakow
Pologne

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Région
Makroregion południowy Małopolskie Miasto Kraków
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 386 505,55

Participants (7)