Тонкий слой, тихие кубиты экспресс
Квантовый бит — как юла, которая должна крутиться долго, не шатаясь. В германии такие юлы научились запускать, но вокруг всегда дрожит пол: электрические помехи сбивают вращение. Чтобы пол был ровнее, сверху обычно кладут толстый слой кремний-германия — он как ковёр, приглушающий шаги.
Но если хочется поставить рядом сверхпроводящие детали (они нужны для некоторых квантовых фокусов), толстый ковёр мешает: сверхпроводник должен быть близко. Авторы новой работы рискнули сделать ковёр очень тонким — всего 4 нанометра, это в пять раз тоньше, чем обычно. Чтобы не испортить сверхпроводник высокой температурой при нанесении изоляции, они разработали процесс осаждения оксида при низкой температуре.
И вот итог: шум в квантовых точках на тонком ковре оказался почти таким же, как на толстом — около 1.8 микроЭв на корень из герца. Это как если бы юла на тонком коврике крутилась так же ровно, как на толстом. Значит, можно совмещать германиевые кубиты со сверхпроводниками без потери качества.
Такой гибрид открывает дорогу к устройствам, где квантовая информация хранится в спине электрона, а передаётся через сверхпроводящие контакты. Тонкий ковёр больше не помеха.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Германий был материалом первых транзисторов в 1947 году, но потом уступил место кремнию. Теперь он возвращается в квантовые технологии благодаря своим чистым спинам.