IBM Doorbraak: Ballistisch Elektronentransport in InAs Nanodraad Kruisjuncties

Vandaag gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Nano Letters, hebben IBM wetenschappers met succes een elektron door een InAs III-V halfgeleider nanodraad geïntegreerd op silicium geleid, bereikend ballistische transport voor de eerste keer. Deze mijlpaal legt de basis voor next-generation kwantum draad apparaten die geïntegreerd kunnen worden in toekomstige high-performance computing systemen.

Dr. Johannes Gooth, lead auteur en IBM wetenschapper, legt de significantie van dit werk uit in een gedetailleerde Q&A.

V: De paper's titel is "Ballistic one-dimensional InAs nanowire cross-junction interconnects." Welke uitdagingen stelt deze nanoscale ballistische transport?

JG: Het is vergelijkbaar met een raket afvuren, maar op atoomaire schaal. Elektronen reizen van de ene contact naar de tegenovergestelde zonder verstrooiing, hun volledige kwantumstaat behoudend - energie, momentum en spin. De uitdaging is om nanodraden te fabriceren die geometrisch precies en vrij van interne verstrooiers zijn. Het template-assisted selective epitaxy (TASE) proces ontwikkeld bij IBM Zürich biedt dat controle niveau voor de eerste keer.

V: Hoe vergelijkt dit onderzoek zich met andere kwantumtechnologieën?

JG: In tegenstelling tot optische of supergeleidende platforms, is onze techniek schaalbaar en volledig compatibel met standaard CMOS processen, wat het aantrekkelijk maakt voor industriële deployment.

V: Wat is de rol van kwantumtransport in het bouwen van een universele kwantumcomputer?

JG: Ballistische verbindingen vouwen de computationele staatruimte dramatisch uit vergeleken met klassiek verbonden systemen. Het koppelen van onze nanodraden met supergeleiders stelt topologisch beschermde, fault-tolerante kwantumcomputing in - een essentieel voordeel voor een universele kwantumcomputer.

V: Kan dit geproduceerd worden met bestaande processen, en wat zijn de volgende stappen?

JG: Ja, onze apparaten integreren naadloos in bestaande CMOS workflows. De volgende fase betreft het functionaliseren van de kruisjuncties - het toevoegen van supergeleidende hybriden voor Majorana braiding en kwantum dots - om volledig operationele kwantumcircuits te bouwen.

Ballistic one-dimensional InAs nanowire cross-junction interconnects, Johannes Gooth, Mattias Borg, Heinz Schmid, Vanessa Schaller, Stephan Wirths, Kirsten E Moselund, Mathieu Luisier, Siegfried Karg, en Heike Riel, Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00400, Publicatie Datum (Web): 23 maart 2017