Знайдено простий спосіб отримання надчистого кремнію

Вчені розробили метод отримання надчистого кремнію, який застосовується для чіпів. Використовуючи стандартне обладнання, вони досягли зниження частки домішок кремнію-29 у чіпах до 0,0002%. Цей спосіб дозволить створювати потужніші квантові комп’ютери з великою кількістю кубитів, повідомляє New Atlas.

Кремній заслужено вважається одним із ключових матеріалів, що лежать в основі сучасних електронних пристроїв та комп’ютерних технологій. Його значення настільки велике, що на його честь навіть названо знамениту Кремнієву долину в Каліфорнії — місце, де зародилося багато IT-гігантів. Проте кремнію є і певні недоліки, що обмежують його застосування в перспективних областях, таких як квантові обчислення.

Дослідники з Мельбурнського та Манчестерського університетів розробили метод отримання надчистого кремнію за допомогою стандартного обладнання – іонного імплантатора. За допомогою цієї установки, яка широко застосовується в напівпровідниковій промисловості, комп’ютерний чіп був «обстріляний променем» кремнію-28, в процесі чого домішки кремнію-29 були замінені більш бажаним кремнієм-28, і в результаті, концентрація кремнію-29 в чіпі знизилася з 4,5% до 0,0002%.

Чому чистота кремнію важлива квантових комп’ютерів? Справа в тому, що в основі роботи квантових комп’ютерів лежать кубити — квантові біти, які використовують принципи квантової механіки. Вони вкрай чутливі до будь-яких зовнішніх впливів і повинні бути в стані квантової когерентності.

Однак натуральний кремній містить приблизно 4,5% ізотопу кремній-29, що має додатковий нейтрон. Ці нейтрони поводяться як мікроскопічні магніти, порушуючи когерентність кубітів та викликаючи помилки у квантових обчисленнях. Таким чином, використання натурального кремнію суттєво обмежує можливості квантових комп’ютерів, і для їх повноцінної роботи потрібно набагато чистіший кремній з мінімальним вмістом ізотопу кремній-29.

Кремнія з високою чистотою може дозволити значно розширити можливості квантових комп’ютерів, оскільки чим більше кубит містить квантовий чіп, тим він потужніший. Надчистий кремній, який отримали вчені, у цьому випадку допоможе стабілізувати роботу таких багатокубітних систем. Надалі планується протестувати розроблені надчисті кремнієві структури на реальних квантових пристроях. А успішні результати можуть спричинити появу квантових комп’ютерів нового покоління.