Avanço do transistor criogênico semiqon por 1.000x menos calor e usa 99,9% menos potência

A empresa finlandesa Semiqon desenvolveu um transistor que opera com a dissipação de calor praticamente zero. Eles tornaram os processadores quânticos baseados em silício para tornar futuros computadores quânticos mais acessíveis, escaláveis ​​e sustentáveis. O Semiqon alcançou novos marcos ao enfrentar os principais desafios com a escalabilidade dos computadores quânticos. Usando seu CMOS criogênico ultra-baixo, o Semiqon agora conseguiu demonstrar caracterização em larga escala de qubits quânticos. Os transistores Cryo-CMOS reduzirão a quantidade de infraestrutura de eletrônica de controle cara necessária para computadores quânticos, tornando essas máquinas significativamente menos pesadas para construir e mais eficientes para operar. A inovação central da Semiqon gira em torno de qubits de spin de silício fabricados usando processos compatíveis com CMOS padrão, o que permite uma produção em massa potencial semelhante aos semicondutores clássicos. Eles demonstraram qubits de rotação individuais e progrediram para chips quânticos em pequena escala, incluindo um chip de 4 quits testado e enviado em março de 2024, projetado para facilitar qubits lógicos estáveis ​​para resolver problemas complexos. Ele usa a tecnologia de silicone sobre isolador (FDSOI) totalmente esgotada no silício purificado-28. A eliminação do silício-29 minimiza o ruído da rotação nuclear para maior fidelidade de qubit. Os destaques de desempenho incluem um balanço sublimiar baixo recorde de 0,3 mV/DEC a 420 MK, permitindo uma comutação eficiente com perda mínima de energia. Arxiv-MilliKelvin Si-Mosfets para eletrônicos quânticos que correspondem à dissipação de energia dos Si-Mosfets ao orçamento térmico a temperaturas criogênicas profundas, abaixo de 1 K, requer o desempenho da troca além dos níveis facilitados pelas tecnologias CMOS atualmente disponíveis. Fabricamos os MOSFETs de silicone sobre isolador totalmente esgotados, adaptados para superar a barreira de dissipação de energia em direção a aplicações sub-1 K. Com esses transistores otimizados crio-otimizados, alcançamos um grande marco para atingir o balanço sublimiar de 0,3 mV/DEC a 420 MK, permitindo assim a integração de escala muito grande de eletrônicos crio-CMOS para aplicações de temperatura ultra baixa. Eles caracterizaram os MOSFETs criogênicos de FD-SOI produzidos em uma linha piloto do CMOS e mostraram que a melhoria nas métricas de comutação, devido à redução de excitações térmicas dos portadores de carga, pode ser aproveitada ao regime de temperatura da milikelvin. Esse avanço pode resolver o gargalo de dissipação de energia, limitando a integração em larga escala dos circuitos CMOS a temperaturas ultra-baixa e permitir o controle totalmente croogênico dos circuitos quânticos, que é um pré-requisito para o cálculo quântico tolerante a falha. Em junho de 2025, o Semiqon relatou progressos adicionais, validando o transistor em suas instalações e com parceiros, com planos de escalar milhares de dispositivos e desenvolver embalagens crio-compatíveis. O Semiqon levantou aproximadamente 24 milhões de euros (cerca de US $ 25,8 milhões) em financiamento total desde o início, combinando subsídios, patrimônio e financiamento de projetos. O objetivo do desenvolvimento tecnológico da Semiqon é combinar qubits de silício densamente empacotados com uma solução de leitura no chip no mesmo chip. Ao trazer a eletrônica de controle para um chip e dentro do criostato, o número de cabos e a eletrônica de temperatura ambiente pode ser drasticamente reduzida, removendo assim uma restrição chave para a expansão. Para fazer isso, o Semiqon-pela primeira vez-usou os substratos FDSOI Silicon-28, um material raro necessário para qubits de alta fidelidade e o usou para qubits e seus circuitos de interface. O Semiqon é uma startup de hardware quântica baseada na Finlândia, saiu do Centro de Pesquisa Técnica da VTT em 2023, focada no desenvolvimento de processadores quânticos baseados em silício para permitir a computação quântica escalável, acessível e sustentável para a era de um milhão de quadros. A empresa aproveita as técnicas de fabricação de semicondutores para criar chips quânticos com base em qubits de rotação de silício, onde elétrons ou orifícios estão presos em estruturas de silício, usando seus estados de rotação como qubits. O objetivo são os chips de um milhão de quadros. O próximo na linha é a embalagem crio-compatível com os chips. Eles têm o primeiro transistor do mundo capaz de funcionar com eficiência em condições criogênicas. Esses dispositivos desempenharão um papel crucial na abordagem do desafio crítico de escalar os computadores quânticos de hoje para níveis tolerantes a falhas e desbloquear todo o potencial do quantum para usuários corporativos, governos e outras partes interessadas importantes. Os transistores também podem ser produzidos em massa usando o CMOS Fabs existentes, sem necessidade de nova infraestrutura. Através de uma redução drástica da dissipação de calor de 1.000X, o novo transistor do Semiqon permite que os eletrônicos de controle e leitura sejam colocados diretamente dentro de um criostato, juntamente com os processadores, mas sem causar a interrupção que a dissipação do calor traz a esses sistemas. Isso simplifica a crescente complexidade em torno do controle e da leitura dos processadores quânticos à medida que continuam a escalar, o que é um sério desafio com poucas outras soluções viáveis. Utiliza apenas 0,1% do poder dos transistors reproduzidos por dissipação de calor em 1.000 tempos de funções de maneira confiável a temperaturas extremamente baixas semiqon esperam entregar seu primeiro transistores de CMOS otimizados para os clientes em 2025. Este trabalho foi realizado predominantemente como parte do projeto de vincos financiado pelo Conselho de Intenção da Europa. É um transistor prático. Esses novos transistores usam a tecnologia CMOS de silicon-on-insulator (SOI)-uma abordagem já amplamente adotada nas indústrias automotivas e sem fio. Silício 28 A produção enriquecida com o silício-28 (²⁸si) é crítico para a produção em larga escala de chips qubit de rotação de silício na computação quântica, pois minimiza a decoerência quântica causada pela rotação nuclear de silício-29 (²⁹si), que compreende cerca de 4,7% de silício natural. ²⁸si de alta pureza (tipicamente> 99,9% de enriquecimento) permite tempos de coerência de qubit mais longos, maior fidelidade e integração mais densa de qubits, tornando essencial para escalar além de pequenos protótipos em relação a sistemas de milhão de quilhões. O silício natural é ~ 92% ²⁸si, mas as aplicações quânticas requerem depleção de ²⁹si para níveis tão baixos quanto 50-800 partes por milhão (ppm) ou melhor para reduzir o ruído e suportar qubits lógicos corrigidos por erros. A produção global de ²⁸si altamente enriquecida ainda está emergindo e se concentra em P&D e necessidades comerciais iniciais, com capacidades nas dezenas a centenas de quilogramas por ano. Isso é suficiente para prototipagem e fabricação de chips quânticos em pequena escala, mas precisaria de expansão para a produção em massa generalizada. Os principais detalhes incluem: ASP Isotopes (uma empresa com sede nos EUA com instalações na África do Sul) opera a produção comercial mais detalhada e escaleira a partir de 2025. O segundo processo de separação aerodinâmica (ASP) em Prettoria iniciou a produção comercial em março de 2025, com uma capacidade anual que excedeu 80 kg de> 99% enriquecida em ²⁸si (estima inicial de 2025, com uma capacidade anual de 40 kg de> 99% enriquecida em ²⁸si (estima inicial de 2025, com uma capacidade anual de 40 kg de> 99% enriquecida em ²⁸si (estímulos iniciais (estímulos iniciais> 10 anos de realização de 40% em relação a ² qsi (estímulos iniciais de 40 kg de 4 anos, em que os estímulos anteriores. Eles garantiram contratos de compra para quantidades de quilogramas com clientes dos EUA e estão em negociações para mais, com remessas a partir do segundo trimestre de 2025. Uma expansão planejada pode aumentar isso para mais de 50 kg a 99,995% de pureza de instalações adicionais. Outras fontes incluem fornecedores em escala de pesquisa como o NIST (EUA), que produziu ²⁸si ultra-pura a> 99,9999% (seis nove) para uso experimental, mas não em volumes comerciais. Fornecedores históricos como o Isotope JSC da Rússia forneceram material para as demos qubit precoce, mas questões geopolíticas limitam o acesso. Métodos emergentes, como implante de feixe de íons focados ou deposição de vapor químico (DCV) de precursores enriquecidos, permitem o enriquecimento local em bolachas sem produção a granel. Os chips quânticos usam finas camadas epitaxiais de ²⁸si enriquecidas (normalmente 100 nm a 1 µm de espessura) cultivadas em substratos padrão de silício via CVD. Para uma bolacha de 300 mm (padrão da indústria para escalabilidade), a massa de ²⁸si enriquecida é mínima: aproximadamente 0,016 g para uma camada de 100 nm ou 0,165 g por 1 µm (com base na densidade de silício de 2,33 g/cm³ e na área de bolacha de ~ 707 cm²). Uma única bolacha pode produzir dezenas a centenas de chips quânticos, cada um potencialmente hospedando milhares a milhões de qubits (por exemplo, até 10⁶ qubits em uma área de 100 µm² com projetos avançados). Thus, 1 kg of enriched ²⁸Si could support thousands of wafers or millions of chips, making current production scales adequate for R&D and pilot manufacturing but insufficient for hypothetical consumer-level mass production (eg, billions of chips) Current prices for 99.99% enriched ²⁸Si range from $10,000 to $30,000 per kg, driven by low-volume production. Isso é viável para P&D quântico, mas deve cair significativamente (por exemplo, através de economias de escala) para adoção mais ampla. Brian Wang é um líder de pensamento futurista e um blogueiro de ciências popular com 1 milhão de leitores por mês. Seu blog NextBigfuture.com está classificado como #1 Blog de notícias de ciências. Abrange muitas tecnologias e tendências disruptivas, incluindo espaço, robótica, inteligência artificial, medicina, biotecnologia antienvelhecimento e nanotecnologia. Conhecida por identificar tecnologias de ponta, ele atualmente é co-fundador de uma startup e angariador de fundos para empresas em estágio inicial de alto potencial. Ele é o chefe de pesquisa de alocações para investimentos em tecnologia profunda e um investidor anjo da Space Angels. Um orador frequente das empresas, ele foi um orador do TEDX, um orador da Universidade de Singularidade e convidado em inúmeras entrevistas para rádio e podcasts. Ele está aberto a falar em público e aconselhar compromissos.

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