Het Belgische imec heeft een quantumbit vervaardigd met behulp van High NA-EUV-lithografie. Dat is een wereldprimeur, zegt dit onderzoekscentrum voor chiptechnologie. Wat heeft imec precies gedaan en waarom is dat belangrijk? Een explainer aan de hand van vijf vragen.

Wat is een quantumbit?

Waar de klassieke computer rekent met bits die elk een 1 of een 0 voorstellen, werkt een quantumcomputer met quantumbits (qubits). Zo’n qubit heeft wonderlijke eigenschappen: hij kan een 1 en een 0 tegelijkertijd zijn (superpositie), en hij kan een andere qubit op afstand beïnvloeden (verstrengeling). Hierdoor kan een quantumcomputer meerdere berekeningen tegelijkertijd uitvoeren, en is hij dus vele malen sneller dan een ‘gewone’ computer.

Voor specifieke rekenproblemen, zoals het ontwikkelen van nieuwe medicijnen of het simuleren van natuurkundige processen, zou een quantumcomputer de klassieke computer ruimschoots overklassen, schrijft imec er zelf over in een nieuwsbericht.

Hoe maak je een quantumbit?

Van een systeem dat zich in verschillende toestanden tegelijk kan bevinden. Fotonen zijn bijvoorbeeld geschikt, omdat die zowel golf- als deeltjeseigenschappen hebben. Elektronen ook, omdat die een ‘spin’ hebben – een eigenschap die het deeltje een draairichting geeft.

Op dit moment gelden ‘silicium quantumdot spin-qubits’ als een beloftevolle kandidaat voor industriĂ«le opschaling, schrijft imec. Het productieproces daarvan is namelijk in grote mate compatibel met de productie van reguliere computerchips.

Silicium-quantumdot-spin-qubits sluiten een elektron op in een silicium-nanostructuur (de poortlaag). De ‘spin’ van dat opgesloten elektron wordt gebruikt om quantuminformatie op te slaan. De tussenruimten tussen de verschillende poorten moeten dan wel zo klein mogelijk zijn, om omgevingsruis te beperken. En daarin heeft imec nu resultaten geboekt, door High NA-EUV-lithografie te gebruiken.

Wat is High NA-EUV-lithografie?

Dat is de meest gedetaileerde manier die voorhanden is om computerchips te maken. Chips bestaan uit tientallen laagjes, gestapeld met een precisie op nanometerschaal. Met High NA-EUV-lithografie zijn op deze laagjes ultrafijne patronen met hoge precisie te printen. Dat gebeurt voor meerdere chips tegelijk, op een zogeheten wafer. Elke chiplaag krijgt een ander patroon.

Om de term High NA-EUV-lithografie woord voor woord (van achter naar voren) te ontleden: dat de techniek lithografie heet, betekent dat het werkt als een soort stempeltechniek. In dit geval wordt er gestempeld met licht. Dat werpt patronen op een lichtgevoelige laklaag, waarna de niet-belichte delen worden verwijderd. Het gebruikte licht is extreem ultraviolet (EUV). Dat betekent dat het een hĂ©Ă©l korte golflengte heeft, wat het mogelijk maakt om ultrascherp beeld te krijgen. Om daar nog een schepje bovenop te doen, wordt het licht ook nog eens zo bewerkt alsof het door een heel kleine lensopening is gegaan – oftewel een high numerical aperture (High NA).

Maar stond die machine niet bij ASML in Veldhoven?

Ja, dat klopt. ASML en imec werken heel nauw samen, en hebben een joint High NA-lab in Veldhoven. Voor dit kunststukje werden de wafers dan ook naar dat gezamenlijke lab vervoerd. Momenteel wordt er ook een High NA-EUV-machine van ASML bij imec in Leuven geĂŻnstalleerd.

Waarom is het belangrijk om een qubit met deze techniek te maken?

Een quantumcomputer heeft miljoenen qubits nodig die onderling verbonden zijn. Dat vereist een hoge betrouwbaarheid en nauwkeurige aansturing, die eigenlijk alleen met een dergelijk geavanceerde machine te bereiken is. Volgens imec zelf levert de techniek ‘superieure resultaten’ op als het gaat om het uniform en foutloos afdrukken van zulke ultrafijne structuren. En dat lijken geen loze woorden: er is een functionerend netwerk van qubits mee gefabriceerd met tussenopeningen van amper zes nanometer. Daarmee is de industriĂ«le opschaling van betrouwbaardere qubits wederom een stap dichterbij gekomen.

 

 Openingsbeeld: imec