Cornells Gaswissel Opent De Fabriek Voor Qubits

De Oplossing: Argon Eruit, Krypton Erin

Onderzoekers van het Fatemi Lab aan Cornell University ontdekten dat het vervangen van het sputtergas dat wordt gebruikt om tantaalfilms af te zetten, van argon naar krypton, dezelfde kristalstructuur oplevert bij ongeveer de helft van de temperatuur. De studie, geleid door postdoctoraal onderzoeker Maciej Olszewski onder leiding van hoofdonderzoeker Valla Fatemi, verscheen in augustus 2026 in Nature Materials en staat ook als preprint op arXiv.

Tantaal is een van de meest aantrekkelijke materialen geworden voor supergeleidende qubits, omdat het zeer weinig energie verliest door microgolfweerstand, wat zich direct vertaalt in qubits die hun quantumtoestand langer vasthouden. Het probleem was altijd hoe je het moest bouwen. Om tantaal in de stabiele kubisch-ruimtelijk gecentreerde kristalstructuur te krijgen, bekend als alfafase, die het die eigenschappen geeft, was tot nu toe magnetronsputteren nodig bij substraattemperaturen boven 400 graden Celsius. Standaard fabricagelijnen van een halfgeleiderfabriek begrenzen hun procestemperaturen tot ongeveer 200 tot 250 graden Celsius, om de transistors, bedrading en andere structuren die al op de chip staan niet te beschadigen. Tantaal-qubits hadden met andere woorden een oven nodig die de rest van de chip eromheen zou vernietigen.

Een Fabricageprobleem Verstopt In Een Natuurkundeverhaal

De meeste publieke berichtgeving over vooruitgang in quantumcomputing behandelt het knelpunt als een natuurkundig probleem: meer qubits, lagere foutpercentages, langere coherentietijden. Het Cornell-resultaat wijst op een heel andere beperking, die zich bevindt tussen een werkende natuurkundige demonstratie en een maakbaar product.

Een materiaal kan uitstekende fysische eigenschappen hebben en toch commercieel waardeloos zijn als het bouwen ervan al het andere op de chip beschadigt. Dat is precies wat een procestemperatuur van 400 graden Celsius doet binnen een moderne halfgeleiderfabriek: die overschrijdt het thermische budget van de transistors, verbindingen en stuurschakelingen die een qubitchip om zich heen nodig heeft om als apparaat te functioneren in plaats van als laboratoriumcuriositeit. Het wisselen van procesgas van argon naar krypton verandert de natuurkunde van tantaal niet. Het verandert hoe diezelfde alfafase-kristalstructuur zich aan het oppervlak vormt, waardoor die bij een lagere temperatuur kan stabiliseren. Zo'n materiaaltechnische oplossing haalt zelden een spraakmakende kop, omdat er geen nieuw record wordt aangekondigd. Ze haalt een muur weg die tussen een laboratoriumresultaat en een fabricagelijn stond, wat nuttiger is om te weten als de vraag is wanneer quantumhardware iets wordt dat een bedrijf daadwerkelijk kan bestellen en ontvangen.

Voor En Na, In Cijfers

De vergelijking wordt duidelijk zodra de twee processen naast elkaar worden gezet. Films die bij 250 en 350 graden Celsius groeiden onder het kryptonproces vertoonden een smalle, state-of-the-art prestatieverdeling, terwijl films die bij hogere temperaturen groeiden meer verlies vertoonden, gecorreleerd met ongewenste vermenging tussen het tantaal en het onderliggende siliciumsubstraat.

Transmon-qubits, gebouwd met de kryptongesputterde films en een compacte condensatorspleet van 20 micrometer, haalden interne kwaliteitsfactoren tot 16,9 miljoen, met een mediaan van 14 miljoen bij de best presterende groeitemperaturen. De kwaliteitsfactor meet hoeveel trillingen het microgolfsignaal van een qubit overleeft voordat het zijn quantuminformatie verliest, dus een hoger getal betekent een langer levende, bruikbaardere qubit.

Wie Het Werk Deed, En Wie Het Betaalde

Het onderzoek, met twaalf auteurs, werd geleid door Maciej Olszewski, postdoctoraal onderzoeker, onder leiding van Valla Fatemi, assistent-hoogleraar aan Cornells School of Applied and Engineering Physics en Aref and Manon Lahham Faculty Fellow. Tot de medeauteurs behoren materiaalkundige David Muller van Cornell, samen met Lingda Kong, Simon Reinhardt, Daniel Tong, Xinyi Du, Gabriele Di Gianluca, Haoran Lu, Saswata Roy, Luojia Zhang en Aleksandra Biedron.

De financiering kwam van het Microelectronics Commons Program van het Amerikaanse ministerie van Oorlog, van het Air Force Office of Scientific Research en van de Cornell NanoScale Science and Technology Facility, die steun krijgt van de National Science Foundation. Fatemi omschreef de verandering als bewust onopvallend: "We hebben een relatief eenvoudige verandering gevonden om die temperatuur naar een zone te brengen die vertaalbaar is naar nanofabricagesystemen in de industrie."

Het Signaal Dat EU- En VK-Partijen Moeten Volgen

Tijdlijnen voor quantumcomputing worden meestal besproken aan de hand van demonstraties van het aantal qubits of mijlpalen in foutcorrectie, allebei natuurkundige resultaten die volledig binnen een onderzoekslab kunnen plaatsvinden. Resultaten over fabricagecompatibiliteit zoals deze meten iets anders: of een apparaat daadwerkelijk in volume kan worden gebouwd met de apparatuur die een echte halfgeleiderfabriek al bezit.

Dat onderscheid is direct relevant voor de halfgeleiderstrategie van de EU en het VK onder de Chips Act, die is opgebouwd rond het uitbreiden van binnenlandse fabricagecapaciteit en niet rond het financieren van meer natuurkundige artikelen. Een qubitmateriaal dat een proces van 400 graden nodig heeft, komt niet in aanmerking voor integratie op korte termijn in een bestaande Europese fabricagelijn, hoe goed de natuurkunde ervan er op papier ook uitziet. Een qubitmateriaal dat binnen een thermisch budget van 200 graden past, komt daar wel voor in aanmerking. Voor een operator of investeerder die probeert in te schatten wanneer quantumhardware overgaat van een labdemonstratie naar iets bestelbaars, is dit soort resultaat over procescompatibiliteit de mijlpaal om te volgen, niet het volgende persbericht over het aantal qubits.

Servola Journal

We doen dit voor iedereen die probeert bij te houden wat technologie met ons leven doet. De mensen die het bouwen, en de mensen aan wie het gebeurt. Het Servola Journal bestaat zodat wat wij leren van hen allemaal wordt.

Niemand betaalt ons hiervoor. Geen advertenties, geen betaalmuur, gratis voor iedereen. We geloven simpelweg dat begrijpen wat er met ons allemaal gebeurt niet zou moeten afhangen van wie het zich kan veroorloven om ervoor te betalen.

Als dit u vandaag iets heeft gegeven, zeg ons dat we door moeten gaan. Volg ons, laat een like achter, of schrijf een positieve reactie. We lezen ze allemaal, en zij zijn wat ons op de been houdt.

Lees hierna: Tim Cook Legde Al Uit Waarom Uw Mac Duurder Wordt  |  Nvidia H200-chips komen nu echt China binnen