Quantumchips Dichtbij de Realiteit met Schaalbaar Siliciumontwerp

Diraq-onderzoekers onthulden een commercieel levensvatbare high-fidelity quantumbit op schaal fabricatiemethode die de computersector kan revolutioneren. Deze proof of principle maakt gebruik van traditionele productieprocessen die al decennialang worden gebruikt om betrouwbare, grootschalige, fouttolerante quantumcomputerchips te leveren die maximale fideliteit behouden. Hier is wat u moet weten.

De Vraag naar Betaalbare Quantumcomputers Stijgt

Er is een groeiende vraag naar quantumcomputingdiensten en specialisten. Volgens recente rapporten hebben bedrijven vorig jaar al $2,35 miljard uitgegeven aan quantumdiensten. Bovendien heeft de sector een aanzienlijke toename in werving gezien, waarbij LinkedIn-statistieken een stijging van 180% aangeven in bedrijven die tussen 2020 en 2024 op zoek zijn naar quantumprofessionals.
Er zijn veel redenen voor de stijgende vraag naar quantumcomputing. Een van die redenen zijn militaire toepassingen. Over de hele wereld hebben legers aanzienlijke financiering geïnvesteerd in de hoop een concurrentievoordeel te behalen ten opzichte van hun rivalen.

Quantum Benchmarking Initiatief

De Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) van de Verenigde Staten organiseert momenteel het Quantum Benchmarking Initiatief. Het doel van dit project is te bepalen of quantumcomputingchips opgeschaald kunnen worden en duurzamer kunnen zijn dan hun huidige ontwerp, dat een fragiele quantumtoestand heeft.

Om deze taak te volbrengen, zijn 18 bedrijven geselecteerd om tegen elkaar te concurreren om utiliteitschaal te bereiken binnen de quantumcomputingsector. Utiliteitschaal is een term die verwijst naar het vermogen van quantumcomputing om problemen op te lossen die ver boven de mogelijkheden van de huidige supercomputers liggen.

Deze taak vereist realtime foutcorrectie om te voldoen aan de eisen voor hoge fideliteit. Fideliteit verwijst naar de nauwkeurigheid van de chip. Ingenieurs moeten een quantumchip creëren die enorme hoeveelheden informatie kan opslaan en benaderen, terwijl meer dan 100 qubits betrouwbaar worden behouden over de fragiele quantumtoestand.

Siliciumgebaseerde Quantumchips

Er zijn veel verschillende soorten quantumchipontwerpen gebruikt om quantumhardware te creëren. De introductie van siliciumgebaseerde quantumchips biedt echter aanzienlijke voordelen.
Ten eerste kunnen ze profiteren van de miljarden dollars aan infrastructuur en fabricagestrategieën die al bestaan voor traditionele chips. Bovendien kunnen de chips miljoenen qubits op één enkele chip plaatsen. Deze qubits zijn nauwkeurig gepositioneerd om efficiënte quantumcomputing te bieden.

De Volgende Stappen

Erkennend het potentieel van silicium spin-qubit technologie, hebben ingenieurs manieren gezocht om deze chipontwerpen te verbeteren. Hun onderzoek omvatte uitgebreide laboratoriumtests. De laboratoriumresultaten bleken nauwkeurig. Tot nu toe is echter geen poging ondernomen om te onderzoeken of hetzelfde nauwkeurigheidsniveau kan worden bereikt met traditionele industriële schaalfabricagemethoden.

Om deze taak te volbrengen, moeten ingenieurs verschillende materiaalkundige uitdagingen overwinnen. Hun ontwerp moet rekening houden met interferentie veroorzaakt door ladingsruis en statische wanorde. Deze problemen ontstaan door defecten en valstrikken bij interfaces en oxiden die in siliciumchipontwerpen voorkomen.

Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie

De recente Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity¹ studie, gepubliceerd op 24 september in Nature, biedt waardevol inzicht in cruciale meetwaarden die verantwoordelijk zijn voor het realiseren van schaalbare quantumchips.

Het legt de verbanden tussen realtime monitoringsmogelijkheden en het vermogen om quantumfouten te corrigeren. Specifiek wordt er gewezen op correlaties tussen elektrische ruis en Hall-bar transport. Als onderdeel van het werk heeft Diraq een nieuwe chipontwerp-modelleringssoftware ontworpen.

Ze werkten samen met chipfabricagebedrijf imec, dat verantwoordelijk was voor de uiteindelijke productie van het apparaat. Vervolgens creëerde het team verschillende ontwerpen met behulp van siliciumwafers en traditionele CMOS-geometrie.

Standaard Gereedschap

De ingenieurs kozen verschillende twee-qubit apparaten die gebruik maakten van planar metal‑oxide‑semiconductor met polysilicongates. De apparaten werden vervaardigd met standaard halfgeleidergereedschap in een 300‑mm foundry‑omgeving. Specifiek omvatte de gebruikte architectuur een dubbele quantumdot en een single‑electron transistor (SET), die realtime spin‑uitvoer leverde.
Opmerkelijk is dat de vier elektronen in de dubbele dot, gevormd onder de plunger‑gate‑elektroden van het apparaat, het mogelijk maken om tunnelkoppeling tussen de dots te regelen en ruisanalyse te bieden. Vervolgens werd de gehele eenheid geplaatst in een 3He/4He verdunningskoelkast die was ingesteld op een basistemperatuur van 10 mK in geïsoleerde modus.

Testen van het Nieuwe Quantumchipontwerp

Om hun constructie te testen, stelde het team het apparaat bloot aan verschillende experimentele omstandigheden die werden gecreëerd in het UNSW‑onderzoekslab. De eerste stap was het evalueren van de primaire qubit‑functionaliteit van de chip. Deze test omvatte het testen van zowel één‑ als twee‑qubit poorten en het registreren van foutpercentages.

Opmerkelijk is dat het team een geavanceerde gate set tomography (GST) tool gebruikte om waardevol inzicht te krijgen in de quantumtoestand in realtime. Deze aanpak stelde hen in staat interferentiefactoren zoals crosstalk en de verdeling tussen stochastische en coherente fouten te bepalen.

Nadat vier ontwerpen waren gedocumenteerd, voerden ze cryo‑probingsmetingen uit op nog eens 16 opties. Elke chip had een iets andere vorm en architectuur, waardoor het team inzicht kreeg in hoe hun ontwerp uniforme elektrostatische controle over de apparaat‑gate‑elektroden biedt.

Resultaten van de Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie

De testresultaten toonden aan dat het concept een succes was. Het team demonstreerde hoge prestaties van qubits op de 300‑mm wafer met behulp van traditionele halfgeleiderfoundries. Hun gegevens suggereren dat de chip precies presteerde zoals voorspeld. In zowel single‑ als twee‑qubit controlefaciliteiten overtrof het 99 % nauwkeurigheid over alle vier de apparaten.
De resultaten van deze tests geven aan dat Diraq’s silicium‑quantumchip succesvol massaal kan worden geproduceerd met traditionele CMOS‑strategieën. Deze ontdekking opent de deur voor grootschalige productie van quantumcomputingapparaten van de volgende generatie.

Voordelen van de Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie

Veeg om te scrollen →

Deze studie brengt veel voordelen voor de industrie. Ten eerste leverde het waardevolle wetenschappelijke kennis over het overwinnen van de technische beperkingen van grootschalige quantumcomputing‑fabricagestrategieën. Het toonde ook een manier aan om quantumchips in de toekomst te integreren in massaproductie.

Nauwkeurigheid

Een van de grootste ontdekkingen is dat het foundry‑proces de nauwkeurigheid of fideliteit van de quantumchips niet verminderde. Het toonde zelfs aan dat siliciumgebaseerde quantumchips wereldklasse nauwkeurigheid kunnen behouden wanneer ze worden vervaardigd met geavanceerde spin‑qubit strategieën gecombineerd met realtime foutcorrectie.

Massaproductie

Het belangrijkste doel van de studie was aan te tonen dat siliciumgebaseerde quantumcomputers de volwassen halfgeleiderindustrie kunnen benutten. De ingenieurs slaagden in dit doel, wat de deur opent voor grootschalige adoptie van deze chips.

Toepassingen in de Praktijk & Tijdlijn

Er zijn verschillende toepassingen voor deze studie. Ten eerste zal het helpen een levensvatbaar pad te bieden voor de grootschalige productie van betrouwbare silicium‑quantumchips. Deze apparaten zullen een cruciale rol spelen in vele high‑tech industrieën, waaronder AI, lucht- en ruimtevaart, medische sector, klimaatmodellering en nog veel meer.

Tijdlijn van de Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie

Het zal 7‑10 jaar duren voordat u in uw plaatselijke computerwinkel quantum‑aangedreven apparaten tegen een betaalbare prijs kunt zien. Dit werk effent echter de weg voor redelijk geprijsde quantum‑aangedreven computers in het komende decennium.

Onderzoekers van de Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie

Om de Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie tot een succes te maken, werkte Diraq, een nano‑tech startup van UNSW Sydney, samen met het Europese nano‑elektronica‑instituut Interuniversity Microelectronics Centre (imec). Opmerkelijk is dat Diraq eerder een siliciumchip‑ontwerp had onthuld waarmee qubits werden gefabriceerd met behulp van de CMOS‑processen in hun laboratorium.
Deze stap inspireerde het team om de technologie verder te pushen, waardoor grootschalige fabricagemethoden konden worden toegepast. Deze fundamentele prestatie opent de deur voor massaproductie van siliciumgebaseerde quantumchips die in alles van transport tot medische apparaten kunnen worden gebruikt.

Toekomstige Onderzoeksrichtingen

In commentaar op hun plannen zijn de ingenieurs van plan verder onderzoek te doen naar grote configuraties en hogere elektronenbezettingen. Hun doel is een beter begrip te krijgen van de fysieke oorsprong van de waargenomen foutmechanismen en modellen te creëren die deze nauwkeurig kunnen voorspellen en voorkomen. Als dit slaagt, zou dit werk een duidelijke route bieden naar nog hogere prestaties in de sector.

Investeren in Quantumcomputing

Verschillende ontwikkelaars van quantumcomputers opereren wereldwijd. Deze bedrijven blijven de grenzen van computing verleggen door voortdurend te investeren in R&D om fabricagekosten te verlagen. Hier is een bedrijf dat een pioniersgeest blijft behouden in de markt en wordt erkend als een industrieleider.

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) betrad de markt in 2013. Het is gevestigd in Californië en werd opgericht door een natuurkundige genaamd Chad Rigetti. De oorspronkelijke focus van Rigetti Computing lag op het creëren en onderhouden van supergeleidende qubits. Deze benadering omvatte het ontwikkelen van full‑stack supergeleidende quantum‑systemen en andere essentiële hardware.
Opmerkelijk is dat Rigetti Computing altijd een pioniersgeest in de markt is geweest. Bijvoorbeeld, het introduceerde in 2016 de eerste quantumprocessor. Deze 3‑qubit chip opende de deur voor toekomstige innovaties, waaronder de release van de Forest quantum‑programmeermomgeving, die hielp bij de ontwikkeling van algoritmen.

In 2017 lanceerde Rigetti Quantum Cloud Services (QCS), waardoor ondernemingsniveau‑toegang tot krachtige quantumchips mogelijk werd. Deze zet werd al snel gevolgd door de opening van een nieuwe foundry in Fremont, CA, hetzelfde jaar. Deze stappen hielpen de positionering en productiemogelijkheden van het bedrijf te versterken.
In 2024 toonde Rigetti Computing zijn 32‑qubit processors. Deze zet werd gevolgd door een strategisch partnerschap met AWS. Al deze stappen versterkten de marktpositionering en het consumentenvertrouwen van Rigetti Computing. Daarom wordt het vandaag gezien als een uitstekende manier om blootstelling aan de quantumcomputingsector te krijgen.

Laatste BDX (RGTI) Aandelen Nieuws en Prestaties

Groot-schalige Quantumchipfabricatiestudie | Conclusie

Er zijn talloze redenen waarom het creëren van silicium‑quantumchips die de volwassen halfgeleiderindustrie kunnen benutten, een winst is voor iedereen. Ten eerste zal het kostenreductie en verder onderzoek stimuleren. Daarnaast zal het meer technologische innovatie in de toekomst inspireren.

Leer over andere coole doorbraken in quantumcomputing Hier.

Referenties

^{1. Steinacker, P., Dumoulin Stuyck, N., Lim, W. H., Tanttu, T., Feng, M., Serrano, S., Nickl, A., Candido, M., Cifuentes, J. D., Vahapoglu, E., Bartee, S. K., Hudson, F. E., Chan, K. W., Kubicek, S., Jussot, J., Canvel, Y., Beyne, S., Shimura, Y., Loo, R., . . . Dzurak, A. S. (2025). Industrie-compatibele silicium spin‑qubit eenheidscellen met meer dan 99 % fideliteit. Nature, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09531-9}