Fujitsu realiseert prototype van quantumcomputer met diamantspins

Het systeem werkt bij een temperatuur van -271,6 graden Celsius. Dat is hoger dan de temperatuur die nodig is voor supergeleidende quantumcomputers, die rond de -273,13 graden moeten opereren. Fujitsu toont in een testomgeving aan dat het prototype via het eigen Hybrid Quantum Computing Platform gebruikt kan worden zonder aanvullende specialistische kennis.

Tin-vacaturecentra in plaats van stikstof

Bij de diamantspinbenadering worden roosterdefecten in diamantkristallen, kleurcentra genoemd, gebruikt als qubits. Gewoonlijk wordt hiervoor gebruikgemaakt van stikstof-vacaturecentra. Fujitsu koos voor dit prototype echter voor tin-vacaturecentra, die door hun structurele symmetrie minder gevoelig zijn voor externe ruis. Diamant heeft daarnaast eigenschappen waardoor quantumtoestanden relatief stabiel blijven, wat betekent dat logische qubits mogelijk met minder fysieke qubits gevormd kunnen worden dan bij andere benaderingen. Meerdere quantummodules kunnen bovendien met licht met elkaar worden verbonden, wat een modulaire, opschaalbare architectuur mogelijk maakt.

Voor het prototype ontwikkelde Fujitsu drie technologieën. De eerste betreft het verbinden en verdunnen van heterogene materialen: diamantsubstraten die zijn geïonimplanteerd met tin, worden gehecht aan substraten van aluminiumoxide en siliciumdioxide, waarna de diamantlaag wordt teruggebracht van enkele honderden micrometers naar enkele honderden nanometers dikte. De tweede technologie betreft de fabricage van fotonische geïntegreerde schakelingen, waarbij diamantkristallen met tin-vacaturecentra worden geïntegreerd met optische golfgeleiders van aluminiumoxide, zodat de fotonen die de qubits bij uitlezing uitzenden kunnen worden geëxtraheerd. Hiervoor werkte Fujitsu samen met de Universiteit van Tokio. De derde technologie zet quantumcircuits die met quantumpoorten zijn beschreven om in aansturingssequenties van licht, microgolven en radiofrequentiegolven, waarmee de qubits via het Hybrid Quantum Computing Platform kunnen worden aangestuurd.

Afb. 1. Prototype van de quantumcomputer op basis van diamantspins
Afb. 2. Elektronenmicroscoopbeeld en schematische weergave van een deel van de fotonische geïntegreerde schakeling, bestaande uit diamant met SnV-centra en aluminiumoxidegolfgeleiders
Afb. 3. Moleculaire structuren en emissiespectra van SnV-centra en NV-centra

Multimodulaire quantumcomputer op basis van diamantspins

Fujitsu wil de technologie voor de integratie van tin-vacaturecentra verder ontwikkelen en streeft ernaar om tegen 2027 een multimodulaire quantumcomputer op basis van diamantspins te realiseren. Daarnaast wil het bedrijf technologieën ontwikkelen om de diamantspinbenadering te combineren met de supergeleidende benadering. Dit maakt deel uit van Fujitsu's bredere quantumroadmap, waarin het bedrijf de ambitie heeft uitgesproken om tegen 2030 praktische quantumcomputing te realiseren, met een systeem van 250 logische qubits tegen boekjaar 2030 en 1.000 logische qubits tegen boekjaar 2035.

Het onderzoek wordt deels ondersteund door het Japanse ARIM-programma van het ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie. Het project tussen QuTech en Fujitsu wordt in Nederland mede gefinancierd door Holland High Tech.