Mathieu
LA NOUVELLE TECHNOLOGIE DE L’INFORMATIQUE QUANTIQUE
La technologie de l’informatique quantique est une technologie diaboliquement complexe, avec de nombreux obstacles techniques qui entravent son développement. De ces défis, deux problèmes critiques ressortent : la miniaturisation et la qualité des qubits.
IBM a adopté la feuille de route des qubits supraconducteurs qui vise à atteindre un processeur de 1 121 qubits d’ici 2023, ce qui laisse penser que 1 000 qubits avec le facteur de forme de qubits d’aujourd’hui est possible. Cependant, les approches actuelles nécessiteront des puces très grandes (de 50 mm de côté, ou plus) à l’échelle des petites plaquettes, ou l’utilisation de puces sur des modules à puces multiples. Bien que cette approche fonctionnera, l’objectif est d’atteindre un meilleur chemin vers la scalabilité.
Maintenant, les chercheurs du MIT ont été en mesure de réduire la taille des qubits et de le faire de manière à réduire les interférences entre les qubits voisins. Les chercheurs du MIT ont augmenté le nombre de qubits supraconducteurs qui peuvent être ajoutés à un dispositif par un facteur de 100.
Leur réussite découle de l’utilisation de matériaux bidimensionnels, en particulier du nitrure de bore hexagonal (hBN), un isolant bidimensionnel de quelques couches d’atomes seulement pour former l’isolant dans les condensateurs d’un qubit supraconducteur.
Comme les autres condensateurs, les condensateurs de ces circuits supraconducteurs prennent la forme d’un sandwich dans lequel un matériau isolant est pris en sandwich entre deux feuilles métalliques. La grande différence pour ces condensateurs est que les circuits supraconducteurs ne peuvent fonctionner qu’à des températures extrêmement basses, à moins de 0,02 degré au-dessus du zéro absolu (-273,15 °C).
Dans cet environnement, les matériaux isolants disponibles pour ce travail, tels que l’oxyde de silicium PE-CVD ou le nitrure de silicium, ont un certain nombre de défauts qui sont trop perdus pour les applications de l’informatique quantique. Pour contourner ces défauts matériels, la plupart des circuits supraconducteurs utilisent des condensateurs coplanaires, dans lesquels les feuilles sont positionnées latéralement les unes par rapport aux autres, plutôt qu’empilées les unes sur les autres.
En conséquence, le substrat de silicium intrinsèque sous les plaques et, dans une moindre mesure, le vide au-dessus des plaques servent de diélectrique de condensateur. Le silicium intrinsèque est chimiquement pur et donc présente peu de défauts, et la grande taille dilue le champ électrique aux interfaces des plaques, ce qui conduit à un condensateur à faible perte. La taille latérale de chaque plaque dans cette conception à face ouverte finit par être assez grande (typiquement de 100 x 100 micromètres) pour obtenir la capacité requise.
Afin de s’éloigner de la grande configuration latérale, les chercheurs du MIT se sont lancés à la recherche d’un isolant ayant très peu de défauts et compatible avec les plaques de condensateur supraconductrices. Ils ont choisi d’étudier le nitrure de bore hexagonal (hBN) car c’est l’isolant le plus largement utilisé dans la recherche sur les matériaux bidimensionnels en raison de sa propreté et de son inertie chimique.
De part et d’autre du hBN, les chercheurs du MIT ont utilisé le matériau supraconducteur bidimensionnel, le disélénure de niobium. L’un des aspects les plus délicats de la fabrication des condensateurs était de travailler avec le disélénure de niobium, qui s’oxyde en quelques secondes lorsqu’il est exposé à l’air, selon Wang. Cela nécessite que l’assemblage du condensateur se fasse dans une chambre à gants remplie de gaz argon.
Bien que cela semble compliquer la montée en échelle de la production de ces condensateurs, Wang ne considère pas cela comme un facteur limitant. Il pense que cette recherche a montré que le hBN 2D est un bon candidat isolant pour les qubits supraconducteurs. Il dit que les travaux préliminaires de l’équipe du MIT serviront de feuille de route pour utiliser d’autres matériaux hybrides 2D pour construire des circuits supraconducteurs.
