Прорыв IBM: баллистический электронный транспорт в перекрестных стыках InAs нанопроводов

Опубликованная сегодня в рецензируемом журнале Nano Letters, ученые IBM успешно направили электрон через InAs III-V полупроводниковый нанопровод, интегрированный на кремнии, достигнув баллистического транспорта впервые. Эта веха закладывает основу для квантовых проводных устройств следующего поколения, которые могут быть включены в будущие высокопроизводительные вычислительные системы.

Д-р Йоханнес Гот, ведущий автор и ученый IBM, объясняет значимость этой работы в детальном Q&A.

Q: Название статьи — «Ballistic one‑dimensional InAs nanowire cross‑junction interconnects». Какие вызовы представляет этот наноскальный баллистический транспорт?

JG: Это аналогично запуску ракеты, но на атомном масштабе. Электроны путешествуют от одного контакта к противоположному без рассеяния, сохраняя их полное квантовое состояние — энергию, импульс и спин. Вызов — фabриковать нанопроводы, геометрически точные и свободные от внутренних рассеивателей. Процесс template-assisted selective epitaxy (TASE), разработанный в IBM Цюрих, обеспечивает этот уровень контроля впервые.

Q: Как это исследование сравнивается с другими квантовыми технологиями?

JG: В отличие от оптических или сверхпроводящих платформ, наша техника масштабируема и полностью совместима со стандартными CMOS процессами, делая ее привлекательной для промышленного развертывания.

Q: Какую роль играет квантовый транспорт в построении универсального квантового компьютера?

JG: Баллистические связи драматически расширяют вычислительное пространство состояний по сравнению с классически связанными системами. Сопряжение наших нанопроводов со сверхпроводниками позволяет топологически защищенные, fault-tolerant квантовые вычисления — существенное преимущество для универсального квантового компьютера.

Q: Может ли это быть произведено существующими процессами, и какие следующие шаги?

JG: Да, наши устройства бесшовно интегрируются в существующие CMOS рабочие процессы. Следующая фаза включает функционализацию перекрестных стыков — добавление сверхпроводящих гибридов для Majorana braiding и квантовых точек — для построения полностью операционных квантовых схем.

Ballistic one‑dimensional InAs nanowire cross‑junction interconnects, Johannes Gooth, Mattias Borg, Heinz Schmid, Vanessa Schaller, Stephan Wirths, Kirsten E Moselund, Mathieu Luisier, Siegfried Karg, and Heike Riel, Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00400, Publication Date (Web): March 23, 2017