Progettazione di qubit superconduttori
Le caratteristiche che rendono la meccanica quantistica così strana e straordinaria, se paragonata all'esperienza odierna del mondo informatico classico, sono quelle che stanno anche alla base delle sue applicazioni potenzialmente rivoluzionarie. Una nuova tecnologia informatica quantistica potrebbe emergere in futuro sulla base della ricerca nel campo dell'elaborazione delle informazioni secondo le sue leggi fondamentali. La vasta ricerca nell'ambito del progetto SQUBIT-2 aveva lo scopo di manipolare le informazioni quantiche usando sistemi allo stato solido, ovvero circuiti elettronici superconduttori. La maggior parte della manipolazione delle informazioni avviene attualmente in forma digitale e i dati vengono elaborati e salvati come bit. I due stati di un bit convenzionale possono prendere forme diverse, come due diversi voltaggi in un transistor in un chip. I recenti sviluppi nel campo delle nanotecnologie hanno però consentito la progettazione di circuiti superconduttori con piccole giunzioni tunnel, offrendo la possibilità di manipolare coppie di Cooper singole e di costruire bit quantici. I livelli energetici dei qubit risultano dall'azione reciproca dell'energia di carica di una singola coppia di Cooper e dell'energia che caratterizza il tunneling delle coppie di Cooper nelle giunzioni Josephson. L'uso nel niobio (Nb) in giunzioni tunnel estremamente piccole è stata la sfida affrontata dai partner di progetto di SQUBIT-2 della Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Germania. L'uso nel niobio al posto dell'alluminio (Al) normalmente usato sembrava più interessante. Ha dimostrato di poter offrire un'estensione nella frequenza di funzionamento dei dispositivi di calcolo quantistico basati su circuiti superconduttori con giunzioni tunnel a base di Nb. Le giunzioni Josephson con dimensioni lineari di 70nm sono state prodotte dal trilayer standard di Nb/Al-AlOx/Nb. Per superare i limiti della tecnica di evaporazione ombra standard usata per la fabbricazione di giunzioni tunnel a base di Al submicroniche, è stato proposto e ottimizzato un processo produttivo alternativo. Litografia elettronica, attacco a secco, anodizzazione e planarizzazione con levigatura chimico-meccanica sono stati combinati per produrre giunzioni tunnel di alta qualità. Queste erano conformi alla relazione desiderata tra l'energia di carica delle coppie di Cooper e l'energia di accoppiamento Josephson. È in programma un'ulteriore ricerca per migliorare anche i tempi di coerenza caratteristici dei qubit basati sulle giunzioni a base Nb. Didascalia: Micrografia SEM di una fase di fabbricazione intermedia di un dispositivo contenente quattro giunzioni Nb/AlOx/Nb submicrometriche.
