Pengkomputeran kuantum mewakili lonjakan revolusioner dalam kuasa pengiraan, menjanjikan untuk menyelesaikan masalah kompleks yang kini tidak dapat dikawal untuk komputer klasik. Wafer germanium telah muncul sebagai bahan yang menjanjikan dalam bidang ini kerana sifat unik mereka. Sebagai pembekal wafer germanium, saya telah menyaksikan secara langsung minat yang semakin meningkat dalam menggunakan wafer germanium untuk pengkomputeran kuantum. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa cabaran yang perlu ditangani untuk menyedari sepenuhnya potensi mereka dalam aplikasi ini.
Kesucian dan kecacatan bahan
Salah satu cabaran utama dalam menggunakan wafer germanium untuk pengkomputeran kuantum ialah mencapai tahap kesucian bahan yang diperlukan. Sistem kuantum sangat sensitif terhadap kekotoran dan kecacatan, yang boleh menyebabkan penolakan dan mengganggu keadaan kuantum halus. Malah satu atom kekotoran tunggal boleh memberi kesan yang signifikan terhadap prestasi bit kuantum (qubit), unit asas maklumat kuantum.
Di germanium, kekotoran seperti boron, fosforus, dan unsur -unsur kumpulan III dan V yang lain boleh bertindak sebagai dopan, memperkenalkan pembawa yang tidak diingini dan mempengaruhi sifat elektrik bahan. Di samping itu, kecacatan kristal seperti dislokasi, menyusun kesalahan, dan kecacatan titik juga boleh merendahkan prestasi qubit. Kecacatan ini boleh menyebarkan elektron dan fonon, yang membawa kepada kerugian tenaga dan penolakan.
Untuk mengatasi cabaran -cabaran ini, teknik pemurnian lanjutan diperlukan untuk mengurangkan kepekatan kekotoran dalam wafer germanium ke tahap yang sangat rendah. Sebagai contoh, penapisan zon adalah kaedah yang biasa digunakan untuk membersihkan germanium. Proses ini melibatkan lulus zon cair di sepanjang batang germanium, menyebabkan kekotoran untuk mengasingkan di hujung batang. Pelbagai pas zon cair dapat mengurangkan kepekatan kekotoran.
Sebagai tambahan kepada pemurnian, teknik pertumbuhan kristal canggih diperlukan untuk meminimumkan kecacatan kristal. Sebagai contoh, kaedah Czochralski digunakan secara meluas untuk pertumbuhan kristal tunggal germanium. Dengan berhati -hati mengawal keadaan pertumbuhan, seperti suhu, kadar menarik, dan kelajuan putaran, kualiti kristal dapat diperbaiki. Walau bagaimanapun, walaupun dengan teknik ini, mencapai kecacatan - wafer germanium percuma tetap menjadi cabaran penting.
Pengayaan isotop
Germanium mempunyai lima isotop stabil, dengan putaran nuklear yang berbeza. Dalam pengkomputeran kuantum, kehadiran putaran nuklear boleh menyebabkan penyingkiran qubit melalui interaksi putaran - putaran. Sebagai contoh, qubit berdasarkan putaran elektron di germanium boleh dipengaruhi oleh putaran nuklear atom germanium dalam kekisi.
Untuk mengurangkan kesan putaran nuklear, pengayaan isotop sering diperlukan. Dengan memperkayakan germanium dengan isotop tertentu, seperti GE - 73, yang mempunyai putaran nuklear 9/2, atau dengan menggunakan isotop dengan spin nuklear sifar, seperti GE - 70, GE - 72, dan GE - 74, masa penyingkiran qubits dapat meningkat dengan ketara.
Pengayaan isotop adalah proses yang kompleks dan mahal. Ia biasanya melibatkan teknik seperti pemisahan isotop berasaskan laser atau pemisahan isotop elektromagnet. Kaedah ini memerlukan peralatan khusus dan sejumlah besar tenaga. Kos yang tinggi isotop - wafer germanium yang diperkaya adalah penghalang utama untuk kegunaan mereka yang meluas dalam pengkomputeran kuantum. Selain itu, ketersediaan isotop - germanium diperkaya adalah terhad, yang selanjutnya menyekat permohonannya dalam sistem pengkomputeran kuantum skala besar.
Antara muka dan kualiti permukaan
Antara muka dan kualiti permukaan wafer germanium adalah penting untuk prestasi peranti kuantum. Dalam pengkomputeran kuantum, qubit sering dibuat di permukaan wafer germanium atau di antara muka antara germanium dan bahan lain. Mana -mana kekasaran, pencemaran, atau lapisan oksida asli di permukaan boleh menjejaskan sifat elektrik dan koheren qubit.
Lapisan oksida asli pada germanium tidak stabil dan boleh menyebabkan pinning tahap Fermi, yang mempengaruhi mobiliti pembawa dan prestasi peranti kuantum. Untuk menangani isu ini, teknik passivation permukaan diperlukan untuk melindungi permukaan germanium dari pengoksidaan dan untuk meningkatkan sifat elektrik antara muka. Sebagai contoh, passivation sulfur telah terbukti berkesan dalam mengurangkan ketumpatan keadaan permukaan dan meningkatkan mobiliti pembawa di germanium.
Sebagai tambahan kepada passivation, antara muka antara germanium dan bahan -bahan lain, seperti dielektrik atau logam, perlu direkayasa dengan teliti. Pilihan bahan dielektrik adalah kritikal, kerana ia boleh mempengaruhi kapasitans gerbang - oksida, arus kebocoran, dan kestabilan qubit. Sebagai contoh, dielektrik tinggi - K sering digunakan untuk mengurangkan arus kebocoran dan meningkatkan kawalan pintu dalam peranti kuantum. Walau bagaimanapun, antara muka antara germanium dan tinggi dielektrik K dapat memperkenalkan kecacatan tambahan dan keadaan antara muka, yang perlu diminimumkan.
Skalabiliti dan pembuatan
Skalabiliti adalah cabaran utama dalam pengkomputeran kuantum, dan yang sama berlaku untuk penggunaan wafer germanium. Untuk membina komputer kuantum skala besar, beribu -ribu atau bahkan berjuta -juta qubit perlu diintegrasikan pada cip tunggal. Ini memerlukan keupayaan untuk mengarang qubit berasaskan germanium berkualiti tinggi dalam cara yang boleh dihasilkan dan kos - berkesan.
Proses fabrikasi semasa untuk peranti kuantum berasaskan germanium sering rumit dan masa - memakan. Mereka biasanya melibatkan pelbagai langkah litografi, etsa, dan pemendapan, yang boleh memperkenalkan kebolehubahan dan kecacatan. Selain itu, saiz kecil qubit dan ketepatan tinggi yang diperlukan untuk fabrikasi mereka menjadikannya sukar untuk meningkatkan proses pembuatan.
Sebagai pembekal wafer germanium, kami sentiasa berusaha untuk membangunkan teknik pembuatan baru untuk meningkatkan skalabilitas peranti kuantum berasaskan germanium. Sebagai contoh, kami meneroka penggunaan teknik litografi maju, seperti litografi ultraviolet (EUV) yang melampau, untuk mencapai resolusi yang lebih tinggi dan penjajaran yang lebih baik dalam fabrikasi qubit. Di samping itu, kami meneliti proses pemendapan dan etsa baru untuk meningkatkan keseragaman dan kebolehulangan semula fabrikasi peranti.
Pengurusan Thermal
Sistem pengkomputeran kuantum, terutamanya yang berdasarkan wafer germanium, memerlukan suhu yang sangat rendah untuk beroperasi. Ini kerana pada suhu yang lebih tinggi, bunyi haba boleh menyebabkan penyingkiran qubit. Kebanyakan eksperimen pengkomputeran kuantum dijalankan pada suhu hampir kepada sifar mutlak, biasanya dalam julat beberapa millikelvins.
Germanium mempunyai kekonduksian terma yang agak miskin berbanding dengan beberapa bahan lain, seperti silikon. Ini boleh menyebabkan masalah pelesapan haba dalam peranti kuantum. Apabila qubit beroperasi, mereka menjana sedikit haba, dan jika haba ini tidak hilang dengan berkesan, ia boleh menyebabkan peningkatan suhu peranti, yang membawa kepada penolakan.
Untuk menangani isu pengurusan terma, teknik penyejukan maju diperlukan. Sebagai contoh, peti sejuk pencairan biasanya digunakan untuk mencapai suhu rendah yang diperlukan untuk pengkomputeran kuantum. Walau bagaimanapun, peti sejuk ini mahal dan mempunyai kapasiti penyejukan terhad. Membangunkan penyelesaian penyejukan yang lebih cekap yang boleh mengendalikan haba yang dihasilkan oleh sistem pengkomputeran kuantum skala besar berdasarkan wafer germanium adalah cabaran penting.
Kesimpulan
Walaupun terdapat cabaran, potensi wafer germanium dalam pengkomputeran kuantum tidak dapat dinafikan. Ciri -ciri unik mereka, seperti pergerakan pembawa yang tinggi dan keserasian dengan proses pembuatan semikonduktor yang sedia ada, menjadikannya bahan yang menarik untuk peranti kuantum. Sebagai pembekal wafer germanium, kami komited untuk menangani cabaran -cabaran ini melalui penyelidikan dan pembangunan yang berterusan.
Kami menawarkan pelbagai wafer germanium, termasuk2 inci, 4 inci, 6 inci dan 8 inci substrat ge, untuk memenuhi pelbagai keperluan industri pengkomputeran kuantum. Jika anda berminat untuk meneroka penggunaan wafer germanium untuk aplikasi pengkomputeran kuantum anda, kami menjemput anda untuk menghubungi kami untuk perbincangan lanjut dan peluang perolehan yang berpotensi.
Rujukan
- Veldhorst, M., et al. "Pemproses kuantum dua - qubit yang boleh diprogramkan di silikon." Alam 526.7575 (2015): 410 - 414.
- Morton, JJL, et al. "Kejuruteraan Atom qubit dalam karbida silikon." Alam 572.7768 (2019): 369 - 373.
- Lyon, SA, et al. "Pengkomputeran kuantum dengan titik kuantum." Ulasan Fizik Moden 79.3 (2007): 1015.