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Quantencomputerchips Intel demonstriert Massenfertigung von Qubits auf 300-mm-Wafern

Von Sebastian Gerstl

Forscher in Europa haben mit Intel an der Massenproduktion von Quantenverarbeitungstechnologie auf 300-mm-Wafern gearbeitet. Mit dem Verfahren können mehr als 10.000 Arrays mit mehreren Silizium-Spin-Qubits auf einem einzigen Wafer mit einer Ausbeute von mehr als 95 % hergestellt werden.

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Intels modernster Quantencomputerchip, im Größenvergleich auf dem Radiergummi eines Bleistifts abgebildet (Archivbild von 2018). Forschende von Intel und dem QuTech-Forschungszentrum der TU Delft haben in einer Intel-Fertigungsanlage für Halbleiter die ersten Silizium-basierten Qubits realisiert.
Intels modernster Quantencomputerchip, im Größenvergleich auf dem Radiergummi eines Bleistifts abgebildet (Archivbild von 2018). Forschende von Intel und dem QuTech-Forschungszentrum der TU Delft haben in einer Intel-Fertigungsanlage für Halbleiter die ersten Silizium-basierten Qubits realisiert.
(Bild: Intel)

Das QuTech-Team, eine Zusammenarbeit der Technischen Universität Delft (TU Delft) und der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung (TNO), hat erstmals Qubits auf einem Silizium-Wafer realisiert. In der D1-Fabrik von Intel in Hillsboro, Oregon, wurden erfolgreich Quantum Dots auf einem 300-mm-Wafer produziert.

Die Fertigung von Quantencomputer-tauglichen Chips auf Silizium ist nicht nur günstiger: Nach Angaben der Forschenden konnten auf diese Weise in einem Wafer eine höhere Anzahl der Qubits als auch eine bessere Ausbeute erzielt werden als bei den heute üblichen Universitäts- und Laborverfahren zur Entwicklung von Quantencomputerchips.

Moderne reguläre Halbleiterfertigungs-Techniken auch für Quantencomputer-Chips geeignet

Die Quantenpunkte, die sich an einer Si/SiO2-Grenzfläche befinden, ermöglichen eine gute Kontrolle der Tunnelbarriere - ein entscheidendes Merkmal für fehlertolerante Zwei-Qubit-Gatter. Der Betrieb eines Single-Spin-Qubits mittels magnetischer Resonanz im Wenige-Elektronen-Bereich zeigt Relaxationszeiten von über 1 s bei 1 T und Kohärenzzeiten von über 3 ms.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Electronics veröffentlicht. Es ist die erste von Fachleuten begutachtete Forschungsarbeit von Intel, die die erfolgreiche Herstellung von Qubits auf 300-mm-Silizium zeigt.

Das Verfahren nutzt die rein optische Lithographie zur Herstellung von Silizium-Spin-Qubits, dieselbe Ausrüstung, die auch für die Herstellung der CMOS-Chips von Intel verwendet wird. Dies ist ein entscheidender Fortschritt für Quantenprozessoren und zeigt, dass es möglich ist, Qubits neben konventionellen Chips in denselben industriellen Fertigungsanlagen zu produzieren.

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