Kommerzielle Quantencomputer Intel: Auf dem Weg zur Qubit-Massenproduktion

Von Michael Eckstein

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„Entscheidender Schritt auf dem Weg hin zu Millionen von Qubits, die für einen kommerziellen Quantencomputer nötig sind“: Intel hat es geschafft, Silizium-Elektronen-Spin-Bauelemente auf einem 300-mm-Si-Wafer mit einer Ausbeute von 95 Prozent zu erzeugen. Damit soll die Skalierbarkeit von siliziumbasierten Quantenchips näher rücken.

Das Bld zeigt den vollständig bearbeiteten 300-Millimeter-Silizium-Spin-Qubit-Wafer von Intel.
Das Bld zeigt den vollständig bearbeiteten 300-Millimeter-Silizium-Spin-Qubit-Wafer von Intel.
(Bild: Intel Corporation)

Die Intel Labs und Components Research haben die bisher höchste gemeldete Ausbeute und Einheitlichkeit von Silizium-Spin-Qubit-Bauelementen nachgewiesen, die in Intels Transistor-Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Gordon Moore Park at Ronler Acres in Hillsboro, Oregon, entwickelt wurden. Diese Leistung stellt einen wichtigen Meilenstein für die Skalierung und die Arbeit an der Herstellung von Quantenchips mit Intels Transistorherstellungsprozessen dar.

Die Forschung wurde mit Intels Silizium-Spin-Testchip der zweiten Generation durchgeführt. Durch Testen der Bauteile mit dem Intel-Kryoprober, einem Quantenpunkt-Testgerät, das bei kryogenen Temperaturen (1,7 Kelvin oder -271,45 Grad Celsius) arbeitet, isolierte das Team 12 Quantenpunkte und vier Sensoren. Das Ergebnis ist das branchenweit größte Silizium-Elektronen-Spin-Bauelement mit einem einzigen Elektron an jedem Ort auf einem 300 Millimeter großen Silizium-Wafer.

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Über 900 Quantenpunkte, mehr als 400 Doppelquantenpunkte

Heutige Silizium-Spin-Qubits werden in der Regel auf einem einzigen Bauteil präsentiert, während die Forschung von Intel den Erfolg auf einem ganzen Wafer demonstriert. Die mit Hilfe der Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) hergestellten Chips weisen eine bemerkenswerte Gleichmäßigkeit auf, mit einer Ausbeute von 95 % auf dem gesamten Wafer. Der Einsatz des Kryoprobers in Verbindung mit einer robusten Software-Automatisierung ermöglichte die Herstellung von mehr als 900 einzelnen Quantenpunkten und mehr als 400 Doppelquantenpunkten beim letzten Elektron, die bei einem Grad über dem absoluten Nullpunkt in weniger als 24 Stunden charakterisiert werden können.

Die höhere Ausbeute und Gleichmäßigkeit der bei niedrigen Temperaturen charakterisierten Bauelemente im Vergleich zu früheren Intel-Testchips ermöglicht es Intel, mithilfe der statistischen Prozesskontrolle Bereiche des Herstellungsprozesses zu identifizieren, die optimiert werden müssen. Dies beschleunigt den Lernprozess und ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Skalierung auf Tausende oder möglicherweise Millionen von Qubits, die für einen kommerziellen Quantencomputer erforderlich sind.

Bessere Ausbeute als bei bisherigen Testchips

Darüber hinaus ermöglichte die waferübergreifende Ausbeute es Intel nach eigenen Aussagen, die Datenerfassung auf dem gesamten Wafer im Einzelelektronenbereich zu automatisieren, was „die bisher größte Demonstration von Einzel- und Doppel-Quantenpunkten ermöglichte“. Diese höhere Ausbeute und Einheitlichkeit der bei niedrigen Temperaturen charakterisierten Bauelemente im Vergleich zu früheren Intel-Testchips ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Skalierung auf Tausende oder möglicherweise Millionen von Qubits, die für einen kommerziellen Quantencomputer nötig sind.

„Intel macht weiterhin Fortschritte bei der Herstellung von Silizium-Spin-Qubits mit seiner eigenen Transistor-Fertigungstechnologie“, sagt James Clarke, Direktor für Quantenhardware bei Intel. Die hohe Ausbeute und die erreichte Gleichmäßigkeit würden zeigen, dass die Herstellung von Quantenchips auf Intels etablierten Transistor-Prozessknoten die richtige Strategie ist – und „ein starker Indikator für den Erfolg ist, wenn die Technologien für die Kommerzialisierung reifen“.

„In Zukunft werden wir die Qualität dieser Bauelemente weiter verbessern und Systeme in größerem Maßstab entwickeln, wobei diese Schritte als Bausteine dienen, die uns helfen, schnell voranzukommen“, so Clarke. Die vollständigen Ergebnisse seiner Forschung hat Intel auf dem Silizium-Quantenelektronik-Workshop 2022 in Orford, Quebec, Kanada, am 5. Oktober 2022 vorgestellt. (me)

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