Команда из центра «Шухов.Нано», объединяющего ресурсы МГТУ им. Баумана и ВНИИА им. Духова, разработала способ ювелирной настройки логических элементов вычислительной техники. Их метод позволяет изменять параметры с точностью до 0,2 ангстрема — величины, в пять раз меньшей диаметра атома водорода. Это уровень, на котором происходят квантовые эффекты — область, до которой добираются лишь единицы в мире.
Ключ к этой точности — ионный луч. Ученые направляют отдельные ионы гелия или неона в заданные области наноструктур, тем самым вызывая управляемые дефекты в кристаллической решетке. Эти дефекты вытягивают атомы кислорода, меняя толщину диэлектрического слоя без повреждения соседних элементов. Процесс автоматизирован и занимает не больше секунды на один логический элемент.
Разработку назвали iDEA — сокращение от «Ion beam-induced DEfects Activation». Конкуренты используют лазерный отжиг или электронное облучение, но такие методы действуют грубо и не позволяют контролировать структуру на уровне «доли атома».
Почему эта методика оказалась столь важной? В квантовых компьютерах, особенно на сверхпроводниковой платформе, любая погрешность в конструкции кубита влияет на его рабочую частоту. А если частоты «плывут», между кубитами возникают помехи. Чем больше их на чипе, тем выше риск ошибок. Даже крошечные отклонения в толщине туннельного барьера — например, в пределах пары нанометров — могут свести на нет работу устройства.
По словам ведущего разработчика Никиты Смирнова, новая технология позволяет «тюнинговать» каждый кубит до нужной частоты. Разброс параметров между элементами не превышает 0,35% — один из лучших показателей в мире. Это позволяет создавать квантовые чипы на тысячу и более кубитов, где все элементы идентичны, а значит — предсказуемы в работе.
iDEA-метод не ограничен квантовыми вычислениями. Его можно применять в любых производствах, где критична точность и повторяемость: в микроэлектронике, фотонике, даже в ремонте сложных логических схем. Это не просто способ сборки, но и инструмент для «лечения» дефектных элементов — как хирургия на молекулярном уровне.
Эксперты из МГУ и МФТИ отмечают, что технология позволяет не только создавать, но и восстанавливать кубиты. С ее помощью можно подгонять параметры уже после сборки схемы — раньше это было недоступно. Массовое внедрение метода, по оценкам разработчиков, может заметно удешевить производство квантовых и гибридных суперкомпьютеров, делая их не только реальностью, но и — наконец — серийным продуктом.