Ученые исследовательского подразделения в Цюрихе компании IBM сделали важный шаг на пути к созданию квантового компьютера. Они первыми в истории продемонстрировали технологию «стрельбы» электронами через нанопроводники, изготовленные из полупроводникового материала III-V группы, которые располагались на поверхности кремниевого чипа. Данные исследования проводились в рамках более масштабной программы, нацеленной на поиски и разработки квантовых технологий, способных работать при нормальной температуре окружающей среды.
Упомянутые выше нанопроводники из арсенида индия можно условно назвать двухмерными из-за их очень малой толщины. Для их изготовления использовалась новая оригинальная технология TASE (Template-Assisted-Selective-Epitaxy), которая может быть использована для создания сложных сетей нанопроводников, по которым будет передаваться квантовая информация.
«Баллистические» нанопроводники являются идеальной средой для транспортировки электронов, которые во время движения сохраняют неизменными свои квантовые свойства, такие, как энергия, импульс и спин.
Одной из главных проблем, с которыми пришлось столкнуться исследователям IBM, стало не изготовление нанопроводников, а получение качественного полупроводникового материала, в котором не должно было содержаться никаких примесей и дефектов.
И в заключение следует отметить, что электронные связи при помощи баллистических нанопроводников не будут использоваться в самом скором времени для построения квантовых вычислительных систем. Данное направление исследований находится еще на самой ранней стадии и сами исследователи еще не знают, с какими эффектами им придется столкнуться в ближайшем будущем.
Тем не менее, существует вероятность того, что новая технология через несколько лет уже сможет быть использована в квантовых вычислительных системах серии IBM Q, которые доступны сейчас через облачный сервис IBM Cloud. И, вполне вероятно, что к тому моменту новые квантовые технологии уже позволят отказаться от использования сверхпроводящих кубитов, требующих охлаждения до сверхнизких температур.
Справка:
Баллистические транзисторы – это собирательное название электронных устройств, где носители тока движутся без диссипации энергии и длина свободного пробега носителей много больше размера канала транзистора. В теории эти транзисторы позволят создать высокочастотные (ТГц диапазон) интегральные схемы, поскольку быстродействие определяется временем пролёта между эмиттером и коллектором или другими словами расстоянием между контактами, делённым на скорость электронов.
В баллистическом транзисторе скорость электронов определяется фермиевской скоростью, а не дрейфовой скоростью связанной с подвижностью носителей тока. Для реализации такого типа транзистора необходимо исключить рассеяние на дефектах кристалла в токовом канале (включая рассеяние на фононах), что можно достичь только в очень чистых материалах, таких как гетероструктура GaAs/AlGaAs.
Двумерный электронный газ сформированный в GaAs квантовой яме обладает высокой подвижностью при низкой температуре и соответственно большей, чем в других материалах длиной свободного пробега, что позволяет создавать при помощи электронной литографии устройства где траекторией электронов можно управлять с помощью затворов или зеркально рассеивающих дефектов, хотя обычный полевой транзистор тоже будет работать, как баллистический (при достаточно малых размерах).
Баллистические транзисторы также созданы на основе углеродных нанотрубок, где благодаря отсутствию обратного рассеяния (длина свободного пробега увеличивается до линейного размера трубки) рабочие температуры даже выше, чем в случае с GaAs.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
