imec chế tạo thiết bị qubit chấm lượng tử đầu tiên bằng quang khắc High‑NA EUV

Nhờ khả năng này, imec đã tạo được các cấu trúc cổng nano với khoảng cách rất nhỏ để hình thành mạng qubit chấm lượng tử. Điều đó cho thấy High‑NA EUV đủ chính xác để định nghĩa các cấu trúc cần thiết cho kiến trúc qubit silicon.

Thông báo không tiết lộ toàn bộ quy trình chế tạo — chẳng hạn lớp resist, quy trình khắc (etch), hay tỷ lệ yield — nhưng đã xác nhận tính khả thi của việc chế tạo thiết bị lượng tử bằng cùng nền tảng lithography dùng cho chip bán dẫn thế hệ mới.

Vì sao High‑NA EUV quan trọng với máy tính lượng tử

Một trong những thách thức lớn của máy tính lượng tử là khả năng mở rộng. Dù các qubit đơn lẻ có thể hoạt động tốt trong phòng thí nghiệm, việc sản xuất mảng qubit lớn với đặc tính đồng nhất là cực kỳ khó.

Qubit chấm lượng tử trên silicon được xem là hướng đi hấp dẫn vì chúng được tạo ra từ các cấu trúc cổng nano — về bản chất tương tự các cấu trúc trong quy trình sản xuất chip CMOS hiện đại.

High‑NA EUV mang lại nhiều lợi thế cho mục tiêu này:

• Tạo các cấu trúc nhỏ hơn và chính xác hơn trên wafer silicon.
• Độ chính xác căn chỉnh và độ trung thực của mẫu cao hơn, rất quan trọng khi hành vi của qubit phụ thuộc vào hình học ở thang nanomet.
• Tương thích với quy trình sản xuất bán dẫn công nghiệp, mở đường cho các mảng qubit quy mô lớn.

Việc imec chứng minh được thiết bị qubit bằng bộ công cụ này cho thấy công nghệ lithography phục vụ tương lai của chip truyền thống cũng có thể trở thành nền tảng cho phần cứng lượng tử.

Khi sản xuất chip cổ điển và lượng tử bắt đầu hội tụ

Trước đây, nhiều thiết bị lượng tử được chế tạo trong các phòng thí nghiệm chuyên biệt với quy trình tùy chỉnh. Kết quả của imec gợi ý một hướng khác: thiết bị lượng tử được sản xuất bằng hạ tầng công nghiệp bán dẫn chính thống.

Sự hội tụ này quan trọng vì ngành bán dẫn đã tích lũy hàng chục năm kinh nghiệm trong:

• quang khắc và kiểm soát cấu trúc ở thang nanomet
• tích hợp quy trình hàng trăm bước
• sản xuất wafer quy mô lớn
• cải thiện yield và đo kiểm

Nếu qubit silicon tận dụng được hệ sinh thái đó, việc mở rộng máy tính lượng tử có thể đi theo quỹ đạo phát triển giống ngành vi điện tử truyền thống.

Vai trò của NanoIC – hạ tầng thử nghiệm bán dẫn của châu Âu

Nghiên cứu này gắn liền với NanoIC, dây chuyền pilot lớn nhất châu Âu theo Đạo luật Chips Act của EU, đặt tại cơ sở imec ở Leuven (Bỉ).

NanoIC là dự án trị giá 2,5 tỷ euro, trong đó khoảng 700 triệu euro từ Liên minh châu Âu, phần còn lại đến từ chính phủ các nước và đối tác công nghiệp.

Thay vì xây dựng ngay nhà máy sản xuất thương mại, NanoIC hoạt động như một môi trường thử nghiệm quy mô công nghiệp, nơi các công ty và viện nghiên cứu có thể kiểm tra công nghệ và kiến trúc chip mới trước khi đầu tư hàng tỷ USD cho sản xuất hàng loạt.

Một trong những thiết bị quan trọng tại đây là hệ thống High‑NA EUV của ASML, được lắp đặt trong cleanroom 300 mm của imec để phục vụ nghiên cứu các thế hệ chip tương lai.

Chính hạ tầng này cho phép các nhà nghiên cứu thử nghiệm cách sản xuất các thiết bị mới — bao gồm cả công nghệ lượng tử — bằng quy trình gần với sản xuất công nghiệp.

Một phần của hệ sinh thái High‑NA EUV toàn cầu

Thành tựu của imec cũng phản ánh vai trò ngày càng lớn của công nghệ High‑NA EUV trong ngành bán dẫn.

Các hệ thống High‑NA của ASML được kỳ vọng sẽ giúp sản xuất thế hệ chip logic và bộ nhớ mới trong nửa sau của thập kỷ này.

Để thúc đẩy công nghệ này, ASML đã hợp tác chặt chẽ với imec trong các chương trình nghiên cứu và phòng thí nghiệm chung về lithography thế hệ mới.

Đồng thời, ASML cũng mở rộng vai trò trong các dự án sản xuất chip toàn cầu. Một ví dụ là thỏa thuận hợp tác với Tata Electronics nhằm cung cấp thiết bị lithography và hỗ trợ kỹ thuật cho nhà máy bán dẫn 300 mm đầu tiên của Ấn Độ tại Dholera, bang Gujarat.

Những dự án như vậy cho thấy nỗ lực toàn cầu nhằm xây dựng hệ sinh thái sản xuất bán dẫn mạnh hơn và đa dạng hơn.

Ý nghĩa thực sự của cột mốc này

Thí nghiệm của imec không có nghĩa là máy tính lượng tử quy mô lớn sắp xuất hiện. Nó chưa chứng minh được mảng qubit lớn, yield cao hay bộ xử lý lượng tử chịu lỗi.

Nhưng nó cho thấy một điều quan trọng: các công cụ sản xuất chip tiên tiến nhất có thể chế tạo thiết bị lượng tử.

Mối liên kết giữa phần cứng lượng tử và hạ tầng sản xuất bán dẫn công nghiệp có thể là yếu tố quyết định xem công nghệ lượng tử nào có thể vượt ra khỏi phòng thí nghiệm.

Nếu qubit chấm lượng tử silicon tiếp tục tận dụng cùng hệ sinh thái lithography, kiểm soát quy trình và sản xuất wafer như chip truyền thống, con đường xây dựng máy tính lượng tử quy mô lớn có thể bắt đầu giống với lộ trình đã tạo ra ngành vi điện tử hiện đại.