Квантовые технологии, связанные с полупроводниками

Все перечисленные ниже квантовые технологии используют кремний (Si), GaAs, InP, GaN, SiC и т. д. как материал кубита, подложки или управляющей инфраструктуры.

• Сверхпроводящие кубиты на кремниевых подложках

  Transmon / X-mon / Fluxonium (Al на Si или сапфире). Применяются в Google Sycamore, IBM Eagle, Rigetti Aspen. Полупроводник: кремниевая подложка + Nb/Al сверхпроводящие слои.

• Кремниевые спиновые (Si-Spin) кубиты

  Один фосфорный атом в ²⁸Si; управление через Si-MOS структуру. Проекты: UNSW Sydney, Intel-HRL, CEA-Leti. Преимущество: полная совместимость с CMOS и температура до 1 К.

• Квантовые точки (GaAs, InAs, InP, GaN)

  Self-assembled или etched кубиты в GaAs/AlGaAs гетероструктурах. Используются как спиновые или зарядовые кубиты, а также как источники одиночных фотонов (spin-photon интерфейсы).

• Кремниевые фотонные кристаллы и волноводы

  Si-on-Insulator (SOI) — низкие потери при 1550 нм. Применяются в интегрированных квантовых фотонных схемах (Xanadu, PsiQuantum).

• Кремниевые оптические модуляторы и детекторы

  Si-Ge APD — детекторы одиночных фотонов; Si-Mach-Zehnder modulators — быстрое переключение кубитов. Всё выполнено в CMOS-совместимой технологии.

• Кремниевые микросхемы управления (Cryo-CMOS)

  Контроллеры Intel Horse Ridge, Google Cryo-Ctrl работают при 4 К и управляют кубитами по проводам. Техпроцесс: 22–40 нм Si-CMOS FinFET.

• Квантовые технологии и датчики на кремнии (NV-центры)

  NV-центры в алмазе, выращенном на Si-подложке (CVD). Применения: магнито-кардиография, микроскопия. Проекты: MIT, Harvard, Element Six.

• Гетероструктуры GaAs/AlGaAs — источники одиночных фотонов

  Quantum-dot-in-pillar или micropillar-структуры. Высокий коэффициент Purcell, низкие потери. Используются в квантовых сетях и линейных оптических процессорах.

• Кремниевые крио-усилители (SiGe HBT)

  SiGe Heterojunction Bipolar Transistors — низкошумные усилители при 4 К. Применяются в считывающих линиях сверхпроводящих кубитов (IBM, Infineon, IHP).

• Кремниевые крио-памяти (Cryo-SRAM, MRAM)

  Cryo-SRAM — быстрая память контроллеров при 100 мК; MRAM (Magnetic RAM) — неволатильная память на Si. Используется в квантовых контроллерах и FPGA (Intel, Xilinx).

Итог: кремний (Si) и III-V полупроводники (GaAs, InP, GaN) — ключевые материалы для кубитов, управления, датчиков и сетей. Ни одна крупная квантовая платформа (IBM, Google, Intel, Xanadu) не обходится без полупроводниковой подложки или Si-CMOS-инфраструктуры.