Pesquisadores da UNSW no Centro de Excelência para Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação (CQC2T) mostraram pela primeira vez que podem construir qubits de precisão atômica em um dispositivo 3-D - outro grande passo em direção a um computador quântico universal.

A equipe de pesquisadores, liderado pela australiana do ano de 2018 e diretora do CQC2T, Professora Michelle Simmons, demonstraram que podem estender sua técnica de fabricação de qubit atômico a várias camadas de um cristal de silício - alcançando um componente crítico da arquitetura do chip 3-D que apresentaram ao mundo em 2015. Esta nova pesquisa foi publicada hoje em Nature Nanotechnology .

O grupo é o primeiro a demonstrar a viabilidade de uma arquitetura que usa qubits em escala atômica alinhados a linhas de controle - que são essencialmente fios muito estreitos - dentro de um design 3-D.

O que mais, a equipe foi capaz de alinhar as diferentes camadas em seu dispositivo 3-D com precisão nanométrica - e mostrou que podiam ler estados de qubit em um único tiro, ou seja, dentro de uma única medição, com altíssima fidelidade.

"Esta arquitetura de dispositivo 3-D é um avanço significativo para qubits atômicos em silício, "diz o professor Simmons." Para ser capaz de corrigir erros em cálculos quânticos - um marco importante em nosso campo - você deve ser capaz de controlar muitos qubits em paralelo.

"A única maneira de fazer isso é usar uma arquitetura 3-D, então, em 2015, desenvolvemos e patenteamos uma arquitetura cruzada vertical. Contudo, ainda havia uma série de desafios relacionados à fabricação desse dispositivo de várias camadas. Com este resultado, agora mostramos que a engenharia de nossa abordagem em 3-D é possível da maneira que imaginamos alguns anos atrás. "

Nesse artigo, a equipe demonstrou como construir um segundo plano de controle ou camada sobre a primeira camada de qubits.

"É um processo altamente complicado, mas em termos muito simples, nós construímos o primeiro avião, e, em seguida, otimizou uma técnica para aumentar a segunda camada sem impactar as estruturas na primeira camada, "explica o pesquisador e co-autor do CQC2T, Dr. Joris Keizer.

"No passado, os críticos diriam que isso não é possível porque a superfície da segunda camada fica muito áspera, e você não seria mais capaz de usar nossa técnica de precisão - no entanto, nesse papel, nós mostramos que podemos fazer isso, contrário às expectativas. "

A equipe também demonstrou que pode então alinhar essas camadas múltiplas com precisão nanométrica.

"Se você escrever algo na primeira camada de silício e, em seguida, colocar uma camada de silício no topo, você ainda precisa identificar sua localização para alinhar os componentes em ambas as camadas. Mostramos uma técnica que pode atingir o alinhamento em menos de 5 nanômetros, o que é bastante extraordinário, "Dr. Keizer diz.

Por último, os pesquisadores foram capazes de medir a saída de qubit do dispositivo 3-D com o que é chamado de disparo único - ou seja, com um único, medidas certas, em vez de depender de uma média de milhões de experimentos. "Isso nos ajudará ainda mais a escalar mais rápido, "Dr. Keizer explica.

Rumo à comercialização

O professor Simmons diz que esta pesquisa é um marco importante na área.

“Estamos trabalhando sistematicamente em uma arquitetura de larga escala que nos levará à eventual comercialização da tecnologia.

"Este é um desenvolvimento importante no campo da computação quântica, mas também é bastante empolgante para o SQC, "diz o professor Simmons, que também é o fundador e diretor da SQC.

Desde maio de 2017, A primeira empresa de computação quântica da Austrália, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), tem trabalhado para criar e comercializar um computador quântico baseado em um conjunto de propriedade intelectual desenvolvido na CQC2T e em sua própria propriedade intelectual proprietária.

"Embora ainda estejamos a pelo menos uma década de um computador quântico de grande escala, o trabalho da CQC2T permanece na vanguarda da inovação neste espaço. Resultados concretos como esses reafirmam nossa forte posição internacional, "ela conclui.