Компьютеры, которые могут использовать "жуткие" свойства квантовой механики для решения проблем быстрее, чем современные технологии, могут показаться заманчивыми, но сначала они должны преодолеть огромный недостаток. Ученые из Японии, возможно, нашли ответ, продемонстрировав, как сверхпроводящий материал, нитрид ниобия, может быть добавлен к нитридно-полупроводниковой подложке в виде плоского кристаллического слоя. Этот процесс может привести к простому изготовлению квантовых кубитов, связанных с обычными компьютерными устройствами.
Процессы, используемые для производства обычных кремниевых микропроцессоров, развивались десятилетиями и постоянно совершенствуются. Напротив, большинство архитектур квантовых вычислений должны разрабатываться в основном с нуля. Однако поиск способа добавить квантовые возможности к существующим производственным линиям или даже интегрировать квантовые и обычные логические блоки в одном чипе может значительно ускорить внедрение этих новых систем.
Теперь команда исследователей из Института промышленных наук Токийского университета показала, как тонкие пленки нитрида ниобия (NbNx) может быть выращен непосредственно поверх слоя нитрида алюминия (AlN). Нитрид ниобия может стать сверхпроводящим при температурах ниже примерно 16 градусов выше абсолютного нуля. В результате его можно использовать для создания сверхпроводящего кубита, когда он расположен в структуре, называемой джозефсоновским переходом. Ученые исследовали влияние температуры на кристаллические структуры и электрические свойства NbNx тонкие пленки, выращенные на подложках-шаблонах AlN. Они показали, что расстояние между атомами в двух материалах было достаточно совместимым для получения плоских слоев. "Мы обнаружили, что из-за небольшого несоответствия решетки между нитридом алюминия и нитридом ниобия на границе раздела может образоваться высококристаллический слой", - говорит первый автор исследования Ацуши Кобаяси.
Кристалличность NbNx была охарактеризована с помощью рентгеновской дифракции, а топология поверхности была зафиксирована с помощью атомно-силовой микроскопии. Кроме того, химический состав был проверен с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Команда показала, как расположение атомов, содержание азота и электропроводность зависят от условий роста, особенно от температуры. "Структурное сходство между двумя материалами облегчает интеграцию сверхпроводников в полупроводниковые оптоэлектронные устройства", - говорит Ацуши Кобаяси.
Более того, резко очерченная граница раздела между подложкой AlN, которая имеет широкую запрещенную зону, и NbNx, который является сверхпроводником, необходим для будущих квантовых устройств, таких как джозефсоновские переходы. Сверхпроводящие слои толщиной всего в несколько нанометров и высокой кристалличностью можно использовать в качестве детекторов одиночных фотонов или электронов.
Комментарии