原子级薄材料显著缩小量子比特尺寸

麻省理工学院研究人员使用二维材料制作量子电路中的电容器，旨在推动量子处理器规模化发展。

技术突破

量子计算面临微型化与量子比特质量两大核心挑战。尽管某机构计划在2023年实现1,121量子比特处理器，但现有技术需要50毫米或更大尺寸的芯片。麻省理工学院团队通过二维绝缘材料六方氮化硼（hBN）的应用，成功将量子器件密度提升100倍，同时降低相邻量子比特间的干扰。

技术实现细节

• 材料创新：采用原子级厚度的hBN多层堆叠作为电容器绝缘介质，替代传统的PE-CVD氧化硅或氮化硅
• 结构设计：使用二硒化铌作为二维超导材料，与hBN形成三明治结构电容器
• 工艺挑战：二硒化铌在空气中数秒即氧化，需在氩气手套箱内完成组装
• 性能优势：90%电场被限制在夹层结构内，外表面氧化不影响性能，显著减少串扰

技术影响

该技术解决了超导量子比特在接近绝对零度（20毫开尔文）环境下绝缘材料缺陷过多的问题。相比需要100×100微米极板的共面电容器，新方案大幅缩小了元件尺寸。研究为混合二维材料构建超导电路提供了技术路线图，但规模化生产仍需解决hBN和二硒化铌的晶圆级生长与堆叠技术挑战。

图片来源：某研究机构/麻省理工学院电子研究实验室