Еврокомиссия выделила 3 миллиона евро на разработку первого в мире квантового чипа, который объединяет электронику и световую технологию на базе передовой германий-кремниевой платформы. Этот проект реализуется при поддержке инициативы Quantum Flagship и консорциума ONCHIPS, который стремится заложить основу для нового поколения квантового оборудования с применением инновационных материалов.
Основная цель команды — создать более практичные квантовые компьютеры, способные решать сложные задачи, открывая новые горизонты для научных исследований, промышленных инноваций и повседневной жизни.
Одним из ключевых элементов разработки является использование германий-кремния (GeSi). Эта технология, открытая лишь в 2020 году, обладает способностью эффективно излучать свет, что делает её перспективным материалом для квантовых систем.
Квантовые компьютеры обладают огромным потенциалом, но их развитие сталкивается с серьёзными трудностями, особенно в части создания эффективных кубитов — базовых вычислительных единиц квантовых машин. Как объяснил профессор Флорис Званенбург, координатор проекта и сотрудник Института нанотехнологий MESA+ Университета Твенте: «Главная сложность состоит в том, что кубиты зачастую ограничены в своём взаимодействии друг с другом. По мере роста числа кубитов обеспечить эффективную коммуникацию между ними становится всё сложнее».
Германий-кремний (GeSi) предлагает возможное решение данной проблемы. В отличие от традиционных подходов, этот материал способен объединить спиновые кубиты для вычислений и фотонную связь для передачи данных. Благодаря этому чип, основанный на GeSi, совмещается с традиционной технологией производства CMOS, что открывает новые перспективы для масштабирования квантовых компьютеров.
Профессор Званенбург отметил: «Комбинируя спиновые кубиты с фотонной связью на одной платформе GeSi, мы можем устранить разрыв между обработкой квантовой информации и её передачей на большие расстояния. Это значительное достижение в решении проблемы масштабируемости квантовых устройств».
Хотя германий-кремний уже давно используется в различных полупроводниковых устройствах, включая транзисторы, его применение в квантовых вычислениях остаётся новаторским подходом. Учёные исследовали возможность использования кубического GeSi для создания кубитов, но уникальная шестиугольная форма этого материала, способная излучать свет, ещё не применялась в настоящих квантовых системах.
Как пояснил профессор Званенбург: «Различные формы расположения атомов в материале GeSi определяют его физические свойства. Например, шестиугольный вариант GeSi имеет необычную кристаллическую решётку, напоминающую пчелиные соты. Именно такая структура позволяет материалу эффективнее излучать свет, делая его идеальным кандидатом для применения в квантовых и оптических системах, где важно точное управление светом».
Таким образом, разработка консорциумом ONCHIPS квантового чипа на основе германий-кремния обещает стать важным шагом вперёд в создании новых поколений квантовых технологий.
Команда ONCHIPS стремится сделать квантовые чипы доступнее и упростить процесс их производства, готовя их к серийному выпуску. Для размещения всех компонентов на едином материале команда использует метод монолитной интеграции, создающий весь чип за одну операцию.
«Наш подход уникален тем, что мы интегрируем все элементы на одном чипе, уменьшая размеры и сложность системы, что облегчает её масштабирование. Кубиты, каналы связи и вся необходимая электроника объединены в единую платформу», — поясняют разработчики.
Применяя современные методы, аналогичные тем, что используются при разработке обычных компьютерных чипов и микрочипов с технологией CMOS («комплементарные металл-оксид-полупроводник»), новые квантовые чипы создаются таким образом, чтобы легко вписаться в массовый производственный цикл. Это позволит объединить европейскую квантовую экосистему с развитой полупроводниковой индустрией региона.
Успешная реализация проекта ONCHIPS снизит зависимость Европы от импортных высокотехнологичных чипов для квантовых технологий и внесет значительный вклад в достижение технологического суверенитета континента. Консорциум нацелен на укрепление потенциала ЕС в производстве передовых квантовых чипов внутри страны и утверждение Европы в роли лидера в сфере масштабируемых квантовых систем.
Проект ONCHIPS объединяет ведущие европейские организации. Среди партнёров — Университет Твенте в Нидерландах, координирующий проект, Технический университет Эйндховена (Нидерланды), Технический университет Мюнхена (Германия), Национальный центр научных исследований CNRS (Франция), Университет Констанца (Германия), Будапештский университет Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (Венгрия) и голландская компания Single Quantum BV.
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
