Квантовый компьютер — как оркестр, где каждый музыкант должен вступать точно в такт. Малейший шорох в зале сбивает скрипача, и мелодия рассыпается. В кремниевых чипах роль таких шорохов играет электрический шум: случайные колебания заряда внутри материала. Они заставляют квантовые биты ошибаться. Инженеры решили выяснить, как устройство самого чипа связано с этим шумом.
Они собрали несколько вариантов кремниевых пластин. Сверху на кремний наносили тонкий слой изолятора — оксида алюминия или оксида гафния. Алюминиевый слой напыляли при разной температуре: горячее напыление сделало материал заметно чище. Электроны в нём двигались свободнее, как конькобежцы на свежезалитом льду. А вот выбор окислителя при напылении почти не повлиял на результат.
Затем в каждом чипе создали квантовую точку — крошечную ловушку, где электрон сидит, как шарик в ямке. И измерили, насколько сильно заряд в этой ямке дрожит. Выяснилась чёткая закономерность: чем лучше электроны бегали по материалу, тем меньше дрожал заряд в точке. Худшими оказались устройства с затвором из сплава титана и палладия — и подвижность низкая, и шум высокий. Лучшим — чип с затвором из поликристаллического кремния, сделанный на стандартной фабрике микроэлектроники. Его шум был самым низким.
Это хорошая новость: для квантовых компьютеров на кремнии не нужны экзотические материалы. Достаточно аккуратно подобрать уже знакомые промышленности слои. Тогда оркестр квантовых битов будет играть чище, а ошибки — случаться реже.
Квантовая точка настолько мала, что в ней помещается всего один электрон. Его заряд настолько слаб, что его дрожание сравнимо с шумом от одного пролетающего мимо иона.
В сериале «Разрабы» квантовый компьютер работает в подвале офиса, и его главная проблема — не шум, а непонимание людей. Реальность прозаичнее: инженеры борются с дрожанием заряда в крошечных ловушках.