Le CEA-Leti et l’Institut Nanosciences et cryogénie (Inac, CEA/UGA) ont franchi une étape importante vers la fabrication à grande échelle de boîtes quantiques (qubits), briques élémentaires des futurs processeurs de calcul quantique. Les chercheurs ont réussi à obtenir, sur des plaques (ou galettes) de silicium, une fine couche d’isotope 28 du silicium (28Si) dont le degré de pureté est très élevé et dont la structure cristalline est d’une qualité comparable à celle des films minces généralement fabriqués à partir de silicium naturel.
Le silicium naturel, très majoritairement composé de Si28, est couramment utilisé dans l’industrie électronique. Il contient cependant 4,67 % d’isotope 29. Or, cet isotope présente un spin nucléaire qui limite la cohérence des bits quantiques (qubits) codés sur les spins électroniques, générant des erreurs de calcul.
« C’est pour éviter les pertes de cohérence que nous mettons en œuvre nos technologies sur un silicium appauvri en 29Si. Nous avons ainsi créé, sur des plaques de silicium de 300 mm, une couche de l’ordre de 30 nm d’épaisseur dont la teneur en 29Si est inférieure à 0,006 % et dont la surface est suffisamment lisse pour subir dans de bonnes conditions les étapes successives de dépôts de matériaux, nécessaires à la fabrication de composants », explique Marc Sanquer (Inac).
Ce résultat a été obtenu par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur une plate-forme pré-industrielle utilisant des galettes de silicium de diamètre 300 mm, standard largement utilisé sur les lignes de production de masse de l’industrie microélectronique. Le gaz de silicium enrichi en isotope 28 utilisé en CVD a été fourni par l’institut de chimie des substances de haute pureté de l’Académie des sciences de Russie, avec le soutien de la société Air Liquide.
« La prochaine étape consistera à réaliser sur de tels substrats des qubits dont la fidélité devrait être nettement supérieure à celle de qubits que nous avons déjà obtenus précédemment sur silicium naturel. Et toujours au plus près du standard industriel », souligne Louis Hutin (CEA Leti). « La production massive de qubits est indispensable car un processeur électronique quantique devra intégrer de très nombreux qubits pour dépasser la performance des calculateurs classiques disponibles actuellement », poursuit M. Hutin.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
