1764762704
2025-12-03 11:34:00
Крис Аллеманг из Национальной лаборатории Сандии внес свой вклад в исследования, направленные на повышение производительности некоторых квантовых компьютеров. (Фото Крейга Фрица) Щелкните, чтобы просмотреть изображение с высоким разрешением.
Небольшая, нелогичная настройка передовых материалов может улучшить способ передачи информации квантовыми компьютерами внутри своих систем, сделав их более эффективными, надежными и масштабируемыми.
В статье, недавно опубликованной в Передовые электронные материалыКоманда из Национальной лаборатории Сандии, Университета Арканзаса и Дартмутского колледжа обнаружила, что им удалось улучшить поток электрического тока через специализированное полупроводниковое устройство, называемое квантовой ямой. Это устройство все чаще используется для того, чтобы сделать телекоммуникации более быстрыми и эффективными, и исследователи изучают, может ли оно оказать такое же влияние на квантовые компьютеры.
Чтобы представить себе квантовую яму, представьте себе шарик, катящийся по канавке между двумя выступающими краями. Мрамор может двигаться только вперед и назад. Квантовая яма аналогичным образом управляет электрическим током, удерживая его в ультратонком слое материала. Такое ограничение повышает скорость кодирования информации в свете.
В новой статье показано, как заставить эти колодцы работать еще лучше, будь то для более быстрой загрузки и более плавного взаимодействия в Интернете или для улучшения кубитов и более эффективной передачи квантовой информации.
Исследование, проведенное при поддержке гранта Управления науки Министерства энергетики, является частью проекта Манипулирование атомным упорядочением при производстве полупроводников инициатива — Центр энергетических передовых исследований Министерства энергетики США, базирующийся в Университете Арканзаса. В этом совместном проекте Сандиа и девять университетов работали вместе с 2022 года над раскрытием научных принципов, управляющих расположением атомов в полупроводниковых сплавах. Открывая и используя эти научные принципы, команда µ-ATOMS стремится разработать материалы, способствующие развитию полупроводниковых технологий.
Эта недавно опубликованная статья была подготовлена командой Сандиа из Центра интегрированных нанотехнологий, пользовательского центра Управления науки, поддерживающего национальные нанонаучные исследования, совместно управляемого национальными лабораториями Сандии и Лос-Аламоса.
Немного олова и кремния помогают току проходить через полупроводники
Большинство исследований одного и того же типа квантовых ям, которые использовала эта команда, были сосредоточены на барьерах из чистого германия, удерживающих электрический ток. Неожиданно улучшение, о котором сообщила команда, произошло благодаря добавлению двух примесей: олова и кремния.
Иллюстрация двух квантовых ям. Исследователи обнаружили, что, добавляя небольшое количество кремния и олова к внешним барьерам, они увеличивают подвижность носителей заряда, проходящих через середину. (Изображение предоставлено Университетом Арканзаса) Нажмите на миниатюру, чтобы просмотреть изображение с высоким разрешением.
«Мы думали, что будет хуже, потому что смешали все вместе. Но мы обнаружили, что мобильность выше», — сказал Шуй-Цин «Фишер» Ю, профессор электротехники и информатики в Университете Арканзаса и ведущий исследователь исследования.
Этот удивительный рост подвижности предполагает, что крошечные закономерности в расположении атомов, называемые ближним порядком, могут способствовать, а не препятствовать потоку тока.
Крис Аллеманг из Sandia, первый автор статьи, добавил: «Неожиданный результат высокой подвижности намекает на эффекты ближнего порядка в системе кремний-германий-олово группы IV, что особенно интересно из-за оптических свойств системы и ее потенциала для монолитной интеграции с обычными кремниевыми КМОП. Этот ближний порядок может обеспечить дополнительный регулятор, помимо легирования и деформации, для инженерных свойств материалов, которые повлияют на национальные приоритеты в микроэлектронике и квантовой информатике».
Квантовые ямы имеют толщину нанометров, но полны возможностей
Сотрудничество изучило влияние барьеров кремний-германий-олово, чтобы лучше понять, как различные материалы могут повысить производительность. Университет Арканзаса произвел высококачественный материал для квантовых ям, который Сандиа использовал для создания экспериментальных устройств, а затем проанализировал их электрические характеристики. Дартмутский колледж исследовал атомный ближний порядок в барьерах кремний-германий-олово, чтобы получить представление об их электрическом поведении.
Недавние исследования Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Университета Джорджа Вашингтона показали, что микроэлементы в полупроводниках, таких как кремний и олово, обладают ближним упорядочением. Это означает, что эти элементы не разбрасываются хаотично, а располагаются относительно основного материала.
Ближний порядок может объяснить, почему барьеры кремний-германий-олово создают квантовую яму с более высокой подвижностью. Если дальнейшие исследования подтвердят эту гипотезу, это может открыть новые возможности для манипулирования атомными структурами для значительного повышения производительности.
«Интересно выявить потенциальное влияние атомного ближнего порядка на электрические характеристики квантовых ям», — сказал Цзифэн Лю из Дартмутского колледжа, соавтор исследования. «Это предлагает новую степень свободы для разработки устройств».
Ю сказал: «Даже в таком крошечном масштабе, порядка нанометра, у вас все еще есть сотни тысяч или миллионы атомов. Это означает, что у вас есть больше возможностей для улучшения свойства».
В совокупности результаты указывают на новые способы разработки полупроводниковых материалов, которые могут принести пользу как традиционной микроэлектронике, так и новым квантовым информационным системам.
/ Публичный выпуск. Этот материал от исходной организации/автора(ов) может носить характер на определенный момент времени и отредактироваться для ясности, стиля и объема. Mirage.News не занимает институциональных позиций или сторон, и все взгляды, позиции и выводы, выраженные здесь, принадлежат исключительно автору(ам). Полный текст можно посмотреть здесь.
#Квантовые #компьютеры #получают #импульс #от #крошечной #настройки #материала
Ещё по этой теме
