Imec bouwt kwantumchip met ASML-tech

Kwantumcomputers beloven exponentiële sprongen in rekenkracht voor specifieke, complexe vraagstukken, zoals de simulatie van natuurkundige processen en de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. De grote flessenhals tot nu toe is opschaling: een commercieel bruikbare kwantumcomputer vereist miljoenen stabiele, onderling verbonden qubits die foutloos met elkaar communiceren. De doorbraak van imec bewijst dat de bestaande infrastructuur voor reguliere computerchips (CMOS) kan worden ingezet om deze quantumhardware betrouwbaar en op grote schaal te produceren.

Kernpunten van de technologische doorbraak:

Primeur in kwantumfabricage: Eerste succesvolle inzet van High NA EUV-lithografie voor het printen van functionele qubit-netwerken.

Amper 6 nanometer tussenruimte: Dankzij de precisie van High NA zijn ultrafijne nanostructuren gefabriceerd met onderlinge openingen van slechts 6 nanometer, wat omgevingsruis minimaliseert.

Compatibel met de reguliere chipindustrie: Focus op silicium kwantumdot spin-qubits, waardoor de stap van een universitair laboratorium naar een massaproductie-fabriek (fab) realiteit wordt.

Samenwerking ASML: De eerste testplaten (wafers) zijn succesvol verwerkt in het gezamenlijke High NA-laboratorium van imec en ASML in Veldhoven.

Meeliften op decennia aan chipinnovatie

Binnen het internationale kwantumonderzoek worden verschillende technologieën getest om qubits stabiel te houden. Imec richt zich bewust op de zogenaamde silicium kwantumdot spin-qubits. Deze benadering sluit een enkel elektron op in een silicium nanostructuur (de poortlaag), waarbij de 'spin' (draairichting) van het elektron fungeert als drager van de kwantuminformatie. Omdat dit proces sterk lijkt op hoe traditionele transistors op computerchips worden gemaakt, heeft deze techniek een gigantische voorsprong bij industriële opschaling.

„We kunnen meesurfen op tientallen jaren aan innovatie op het gebied van halfgeleiders en we kunnen het complete ecosysteem dat daaromheen gegroeid is, inzetten”, verklaart Sofie Beyne, projectleider en kwantumintegratie-ingenieur bij imec. „Zo zetten we de stap van lab-experimenten naar grootschalige, produceerbare kwantumsystemen. Dit is waar de op silicium gebaseerde qubits een duidelijk voordeel hebben.”

Extreme precisie reduceert omgevingsruis

Om de qubits correct te laten functioneren, moeten de tussenruimtes in de nanostructuur tot een absoluut minimum worden beperkt. Hoe kleiner de afstand, hoe minder omgevingsruis het systeem verstoort en hoe nauwkeuriger de aansturing verloopt. Hier bewijst High NA EUV-lithografie haar waarde: de machine is in staat om uniform en nagenoeg foutloos patronen af te drukken op sub-nanometerniveau. Imec slaagde erin een werkend qubit-netwerk op te leveren met tussenruimtes van amper 6 nanometer.

„Met onze resultaten tonen we aan dat High NA EUV ingezet kan worden om deze qubits nauwkeuriger te maken, wat elementair is voor hun betrouwbaarheid. Dit is een belangrijke technische prestatie”, zegt Kristiaan De Greve, imec-fellow en programmadirecteur Quantum Computing.

Van Veldhoven naar Leuven

Voor de initiële realisatie van dit resultaat werden de siliciumplaten (wafers) verscheept naar het gezamenlijke High NA-lab van imec en ASML in Veldhoven. De volgende fase van het onderzoek zal echter dichter bij huis plaatsvinden. De miljoenenverslindende High NA EUV-machine wordt momenteel geïnstalleerd in de cleanroom van imec in Leuven. Hiermee bereiden de onderzoekers de volgende stappen voor om de hardwarecomponenten voor de kwantumcomputer definitief rijp te maken voor de markt.