Een nieuwe doorbraak van Imec kan de ontwikkelingen van kwantumtoepassingen aanzienlijk versnellen. Het ontwikkelt een film die zelfs bij temperaturen tegen het absolute nulpunt efficiënt blijft.
In 2025 hebben we al meerdere potentieel interessante ontwikkelingen binnen kwantumtechnologie mogen aanschouwen. Het Leuvense onderzoekscentrum Imec deelt vrijdag een doorbraak die snelle(re) kwantumchips mogelijk maken. Imec toont een elektro-optische dunne film ontwikkeld die goed presteert bij extreem lage temperaturen. De resultaten verschenen in het wetenschappelijke tijdschrift Science.
Tegen het nulpunt
De nieuwe technologie, gebaseerd op strontiumtitanaat (SrTiO₃), blijft werken tot 4 Kelvin. Daarmee is het geschikt voor toepassingen in kwantumcomputers en -detectoren. Elektro-optische materialen sturen lichtsignalen aan met behulp van elektrische velden. Ze vormen een essentieel onderdeel in telecom- en datatoepassingen, maar worden ook steeds belangrijker in kwantumtechnologie.
Het probleem is dat ze niet bestand zijn tegen extreem lage temperaturen. Het team van imec, in samenwerking met KU Leuven en Universiteit Gent, optimaliseerde een dunne film van strontiumtitanaat die net bij die lage temperaturen beter presteert dan bij kamertemperatuur. Bij 4 Kelvin (-269,15 °C) bereikt het materiaal een Pockels-coëfficiënt van 345 picometer per volt.
Dat is de hoogste waarde ooit gerapporteerd in deze omstandigheden voor een dunne film. Voor de niet-natuurkundigen onder ons: deze coëfficiënt geeft aan in welke mate een materiaal de brekingsindex van licht beïnvloedt onder invloed van een elektrisch veld. Hoe hoger de waarde, hoe efficiënter licht kan worden gemoduleerd, wat essentieel is voor datacommunicatie op nanoschaal.
Doorbraak voor kwantum?
Naast de hoge elektro-optische prestaties vertoont het materiaal ook lage optische verliezen. Daardoor komt het in aanmerking voor integratie in toekomstige kwantumchips. De dunne film kan dienen als basis voor componenten zoals modulatoren, interconnectoren en transducers. Die zijn nodig om supergeleidende kwantumprocessors te koppelen met optische netwerken.
Parallel met de publicatie verscheen een tweede studie die Imec uitvoerde in samenwerking met Stanford University. Die toont aan dat de elektro-optische eigenschappen van strontiumtitanaat bij lage temperaturen doelgericht kunnen worden aangepast. Beide onderzoeken samen bevestigen dat het materiaal geschikt is voor integratie op wafers en dus inzetbaar is in de productie van fotonische chips.