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量子コンピューターは材料の微調整​​で性能を向上

サンディア国立研究所の Chris Allemang は、特定の量子コンピューターのパフォーマンス向上に向けた研究に貢献しました。 (写真: Craig Fritz) クリックすると高解像度の画像が表示されます。先端材料に対する直感に反した小さな調整により、量子コンピューターがシステム内で情報を渡す方法が改善され、より効率的で信頼性が高く、拡張性が高くなります。最近出版された論文では、 先端電子材料サンディア国立研究所、アーカンソー大学、ダートマス大学のチームは、量子井戸と呼ばれる特殊な半導体デバイスを通る電流の流れが改善されたことを発見しました。このデバイスは通信をより高速かつ効率的にするためにますます使用されており、研究者たちは量子コンピューターにも同様の影響を与えることができるかどうかを研究しています。量子井戸を視覚化するには、2 つの盛り上がったエッジの間の溝の中でビー玉が転がる様子を想像してください。大理石は前後にのみ移動できます。量子井戸も同様の方法で電流を制御し、材料の極薄層に電流を閉じ込めます。この制限により、光の中で情報をエンコードできる速度が向上します。新しい論文は、より迅速なダウンロードとよりスムーズなオンライン体験、またはより優れた量子ビットとより効率的な量子情報の送信など、これらの井戸の機能をさらに向上させる方法を示しています。この研究はエネルギー省科学局からの助成金によって支援されており、 半導体製造のための原子秩序の操作 この取り組みは、アーカンソー大学に本拠を置く DOE エネルギーフロンティア研究センターです。この共同研究には、サンディアと 9 つの大学が 2022 年から協力して、半導体合金内の原子の配置を支配する科学原理を解明する取り組みが行われてきました。これらの科学原理を発見して利用することで、μ-ATOMS チームは半導体技術を進歩させる材料の開発を目指しています。この新たに発表された論文は、サンディア国立研究所とロスアラモス国立研究所が共同運営する国家ナノスケール科学研究を支援する科学省ユーザー施設である統合ナノテクノロジーセンターのサンディアチームが主導した。少量のスズとシリコンは、半導体内を電流が流れるのに役立ちますこのチームが使用した同じタイプの量子井戸に関する研究のほとんどは、電流を閉じ込めるために純粋なゲルマニウムで作られた障壁に焦点を当てていました。予想外なことに、研究チームが報告した改善は、スズとシリコンという 2 つの不純物を添加したことによるものでした。 2 つの量子井戸の図。研究者らは、外側の障壁に少量のシリコンとスズを追加することで、中央を通過する電荷キャリアの移動度が増加することを発見しました。 (画像提供: アーカンソー大学) 高解像度の画像を表示するには、サムネイルをクリックします。 アーカンソー大学の電気工学およびコンピューターサイエンスの教授であり、この研究の主任研究者でもあるシュイチン・“フィッシャー”・ユー氏は、「物を混ぜ合わせたので、もっと悪くなるだろうと思っていた。しかし、移動度がより高いことがわかった」と述べた。この驚くべき移動度の向上は、短距離秩序と呼ばれる原子の配列方法の小さなパターンが、電流の流れを妨げるのではなく、助けている可能性があることを示唆しています。この論文の筆頭著者であるSandia社のChris Allemang氏は、「予期せぬ高移動度の結果は、IV族シリコン・ゲルマニウム・錫系における短距離秩序効果を示唆しており、この系の光学特性と従来のシリコンCMOSとのモノリシック統合の可能性により、特に興味深いものである。この短距離秩序は、合金化やひずみを超えて、マイクロエレクトロニクスと量子情報科学における国家的優先事項に影響を与える工学材料特性の追加の制御ノブを提供する可能性がある。」と付け加えた。量子井戸はナノメートルの厚さだが可能性に満ちているこのコラボレーションでは、さまざまな材料がどのようにパフォーマンスを向上させることができるかをより深く理解するために、シリコン-ゲルマニウム-錫バリアの効果を調査しました。アーカンソー大学は、サンディアが実験装置の構築に使用した高品質の量子井戸材料を製造し、その電気的性能を分析しました。ダートマス大学は、シリコン-ゲルマニウム-錫バリアにおける原子の短距離秩序を調査し、その電気的挙動についての洞察を得ました。ローレンス・バークレー国立研究所とジョージ・ワシントン大学による最近の研究では、シリコンやスズなどの半導体中の微量元素が短距離秩序を示すことが明らかになりました。これは、これらの要素がランダムに散在するのではなく、主材料に関連して配置されることを意味します。短距離秩序化は、なぜシリコン-ゲルマニウム-錫バリアがより高い移動度の量子井戸を生成するのかを説明できる可能性がある。さらなる研究によりこの仮説が確認されれば、原子配列を操作して性能を劇的に向上させる新たな道が開かれる可能性があります。「原子の短距離秩序が量子井戸の電気的性能に及ぼす潜在的な影響を明らかにできるのは興味深い」と、この研究の共著者であるダートマス大学のJifeng Liu氏は語った。 「デバイスエンジニアリングに新たな自由度をもたらします。」Yu氏は、「ナノメートルオーダーの小さなスケールであっても、まだ数十万、あるいは数百万の原子が存在する。それは、特性を強化するために、より大きな余地があることを意味する。」と述べた。総合すると、これらの結果は、従来のマイクロエレクトロニクスと新興の量子情報システムの両方に利益をもたらす可能性のある半導体材料の新しい設計方法を示しています。 /一般公開。元の組織/著者からのこの資料は、その時点の性質のものである可能性があり、明確さ、スタイル、長さのために編集されています。 Mirage.News は組織的な立場や立場をとらず、ここで表明されたすべての見解、立場、結論は著者のみのものです。全文はこちらでご覧ください。 #量子コンピューターは材料の微調整で性能を向上