Capa fina, qubits silenciosos exprés
Un bit cuántico es como una peonza que debe girar durante mucho tiempo sin tambalearse. En el germanio, los científicos han aprendido a poner en marcha estas peonzas, pero el suelo siempre tiembla: las interferencias eléctricas perturban el giro. Para que el suelo esté más nivelado, normalmente se coloca encima una capa gruesa de silicio-germanio, que actúa como una alfombra que amortigua los pasos.
Pero si se quiere colocar al lado componentes superconductores (necesarios para algunos trucos cuánticos), la alfombra gruesa estorba: el superconductor debe estar cerca. Los autores del nuevo trabajo se arriesgaron a hacer la alfombra muy fina, de solo 4 nanómetros, cinco veces más fina de lo habitual. Para no dañar el superconductor con la alta temperatura al aplicar el aislamiento, desarrollaron un proceso de deposición de óxido a baja temperatura.
Y aquí está el resultado: el ruido en los puntos cuánticos sobre la alfombra fina resultó casi igual que en la gruesa, alrededor de 1.8 microelectronvoltios por raíz de hercio. Es como si una peonza sobre una alfombra fina girara igual de estable que sobre una gruesa. Esto significa que se pueden combinar qubits de germanio con superconductores sin pérdida de calidad.
Este híbrido abre el camino a dispositivos donde la información cuántica se almacena en el espín del electrón y se transmite a través de contactos superconductores. La alfombra fina ya no es un obstáculo.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2602.21363
Planar germanium is currently the only semiconducting platform where high-coherence spin qubits and proximity-induced superconductivity have each been demonstrated. Recent research into spin qubits in Ge/SiGe heterostructures has focused on increasing the thickness of the SiGe capping layer, reporting improvements in the electrostatic noise levels. Meanwhile, heterostructures with thinner capping layers remain rather unexplored, despite the potential advantages for proximity-induced superconductivity. Here, we study a Ge/SiGe heterostructure with a thin SiGe cap $$d \approx 4\ \mathrm{nm}$$ and investigate its viability to host low-noise quantum dots. To keep the thermal budget compatible with superconducting layers, low-temperature oxide deposition processes were developed and implemented for the gate dielectrics. The charge-noise level of fabricated devices is estimated to be $$1.8 \pm 1.0\ \mu\mathrm{eV}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$$, comparable to devices fabricated on shallow heterostructures $$\left(d \sim 20\ \mathrm{nm}\right)$$ with high-temperature deposited oxides. Low charge-noise levels, together with the straightforward integration of superconductors, make this heterostructure an attractive platform for prototyping hybrid semiconducting-superconducting devices.
El germanio fue el material de los primeros transistores en 1947, pero luego cedió su lugar al silicio. Ahora regresa a las tecnologías cuánticas gracias a sus espines limpios.