Un sondeur cryogénique sur plaquette détermine la qualité des dispositifs qubit pour l’informatique quantique et la détection quantique

Le premier équipement de mesure cryogénique d’Allemagne pour la mesure statistique de la qualité des dispositifs qubit sur des tranches entières de 200 et 300 mm a été mis en service chez Fraunhofer IAF. Le sondeur sur plaquette peut caractériser des dispositifs basés sur des points quantiques semi-conducteurs et des puits quantiques ainsi que des supraconducteurs à des températures de mesure inférieures à 2 K.

Un fonctionnement entièrement automatisé permettra aux chercheurs de constituer une base de données quantitativement pertinente et de faire progresser la production industrielle de dispositifs de haute qualité pour l’informatique quantique et la détection quantique en Europe.

Avec le nouveau sondeur cryogénique sur plaquette, les chercheurs de l’Institut Fraunhofer de physique appliquée du solide (IAF) visent à mieux comprendre le fonctionnement des dispositifs quantiques basés sur des points quantiques semi-conducteurs et des puits quantiques ainsi que sur des supraconducteurs. L’appareil peut caractériser des tranches de tailles industrielles (200 mm et 300 mm) et de volumes élevés (jusqu’à 25 tranches d’affilée) de manière entièrement automatique à des températures cryogéniques inférieures à 2 K (271,15 °C).

Les ensembles de données obtenus réduisent considérablement la dépendance aux résultats aléatoires, caractéristique des mesures uniques. Ainsi, l’augmentation des capacités de mesure de l’institut contribue au développement d’une production fiable de qubits de haute qualité pouvant être utilisés dans les ordinateurs quantiques et les capteurs quantiques.

Au moment de sa mise en service, l’installation est la cinquième de ce type dans le monde, la deuxième en Europe et la première en Allemagne. Le ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche (BMBF) a financé l’achat et l’installation du sondeur de plaquettes dans le cadre du projet « KryoproPlusProvision and Verification of a Cryogenic On-Wafer Prober ».

Développer un savoir-faire pour la fabrication industrielle de qubits

« Grâce au sondeur sur plaquette, nous bénéficions de capacités nouvelles et uniques en matière de caractérisation cryogénique à l’échelle nationale », souligne le professeur Dr. Rdiger Quay, coordinateur du projet KryoproPlus et directeur par intérim de l’institut Fraunhofer IAF. « Avec ce système, nous aiderons nos partenaires de la recherche et de l’industrie à établir une chaîne d’approvisionnement européenne pour les matériaux et les processus de production des qubits solides. Cela nous permet d’apporter une contribution importante à la souveraineté technologique de l’Allemagne et de l’Europe », a déclaré Quay. ajoute.

« Le wafer prober nous fournit pour la première fois des ensembles de données statistiquement pertinents que nous pouvons utiliser pour optimiser et mettre à l’échelle systématiquement la production de dispositifs qubit », explique Nikola Komeriki, qui supervise le projet KryoproPlus dans le cadre de son doctorat sur la caractérisation de appareils informatiques quantiques. Komeriki a coordonné l’installation et la mise en service du système et effectue déjà les premières mesures.

« Nous voulons mieux comprendre comment obtenir de bons qubits homogènes pour permettre la mise à l’échelle et la production industrielle de qubits en Allemagne et en Europe », ajoute Komeriki. « Pour ce faire, il est nécessaire d’élargir la vision qualitative pour inclure une perspective quantitative et statistique sur le comportement des appareils. »

De meilleures données grâce à la mesure automatisée de tranches entières de 200 mm et 300 mm à des températures inférieures à 2 K

Les qubits basés sur des points quantiques semi-conducteurs et des puits quantiques ainsi que des supraconducteurs fonctionnent à des températures proches du zéro absolu (-273,15 °C). Cela minimise les interférences ambiantes, active la supraconductivité et permet ainsi la formation et l’intrication de qubits. En conséquence, il est essentiel pour le test, l’optimisation et la mise à l’échelle des qubits qu’ils soient caractérisés à leur température de fonctionnement et qu’un ensemble de données de mesure statistiquement évaluables soit collecté.

Le sondeur cryogénique sur plaquette comble cette lacune en matière de caractérisation. La mesure automatisée de tranches entières de 200 mm et 300 mm à des températures inférieures à 2 K avec un temps de changement court augmente la quantité de données disponibles. Ces données fournissent aux chercheurs et aux ingénieurs la base nécessaire pour apporter des améliorations ciblées aux dispositifs de formation de qubits et accroître leur évolutivité.

Caractérisation des dispositifs qubit dans les projets MATQu, QUASAR et QLSI

Avec la mise en service complète du sondeur de plaquettes, le projet KryoproPlus est terminé. Les premières mesures de l’installation concernent les projets « MATQuMaterials for Quantum Computing », « QUASARSemiconductor Quantum Processor with Shuttle-based Scalable Architecture » et « QLSILarge Scale Quantum Integration with Silicon ».

Pour MATQu, Komeriki caractérise et analyse les jonctions Josephson (niobium), qui sont des dispositifs pour les qubits transmon. Pour QUASAR et QLSI, des caractérisations de transistors à effet de champ (FET) pour transistors à un électron (SET) basés sur des puits quantiques de silicium et, par la suite, de SET servant de dispositifs pour les qubits de spin sont en cours.