Technologie quantique des semi-conducteurs basée sur des matériaux quantiques Ge de qualité industrielle – inGeQT

Les semi-conducteurs offrent une plateforme idéale pour l'électronique avancée grâce au contrôle de la dimensionnalité avec notamment des effets quantiques liés à la taille des objets ainsi qu’un accès aux états électroniques non triviaux induits par les interactions spin-orbite (SOI) et les effets de proximité supraconducteurs. Les technologies des semi-conducteurs modernes ouvrent la voie à des technologies quantiques innovantes, essentielles pour le future de nos sociétés d'information. Les puits quantiques (QWs) de trous bidimensionnels (2D) en germanium (Ge) contraint entre deux couches de SiGe affichent des mobilités élevées, comparables à celles des électrons dans les QWs en GaAs/AlGaAs [Mironov Thin Solid Film 2014], propulsant la recherche sur les effets quantiques en basse dimension dans les semi-conducteurs. De plus, les boites quantiques (QDs) en Ge ont démontré une performance exceptionnelle en tant que qubits de spin avec une forte SOI [Hendrickx Nature 2020]. Récemment, des jonctions supraconductrices de haute qualité ont été obtenues en alliant le Pt avec le SiGe [Tosato Commun. Mater. 2023].

Ce projet se concentre sur le développement des technologies quantiques à base de trous en Ge pour manipuler, transporter et détecter la nature quantique des spins et des orbitales pour une intégration à grande échelle des bits quantiques sur des wafers Ge de 300 mm de qualité industrielle fournis par le CEA-Leti. Une matrice unique en 2D de qubits de spin de trous en Ge sera développée sur la base du processus industriel des wafers de 300 mm du CEA-Leti. Cela implique de manipuler les qubits de spin de trous en Ge en utilisant une forte SOI, de détecter les spins de trous au sein de la matrice conçue, et d'évaluer le temps de cohérence des spins et la fidélité du contrôle.

De plus, nous développerons une technologie de lien quantique pour interconnecter ces matrices 2D en utilisant des chaines de QD ou des résonateurs supraconducteurs. Les jonctions supraconductrices/QD seront étudiées pour former un séparateur de paires de Cooper, fournissant une source d'intrication. Une détection haute vitesse des paquets d'onde de trous sera réalisée, élément de base pour développer un bus quantique de qubits volants.

La combinaison de ces développements permettra la manipulation, le transport et la détection des états quantiques dans les dispositifs semi-conducteurs à base de Ge, favorisant l'intégration à grande échelle des technologies quantiques. Exploiter le potentiel des technologies quantiques est un défi incroyable, nécessitant des percées dans divers domaines. Nous croyons fermement que cela ne peut être accompli que grâce à un retour d'information robuste et continu et à une interaction entre les laboratoires académiques mondiaux et les installations de fabrication de wafers de 300 mm. Cette collaboration mènera inévitablement à de nouveaux processus d'intégration des dispositifs quantiques dans des plateformes de type fab, en utilisant des outils de fabrication industriels pour combler le "vallée de la mort" entre la recherche académique de pointe et les applications industrielles.