Исследователи из Великобритании и Испании встроили сверхиндуктор из нитрида титана в кремниевую интегральную схему, изготовленную по коммерческому 22-нм CMOS-процессу GlobalFoundries. Результаты работы опубликованы 4 ноября 2026 года в журнале Nature Electronics.

В той же схеме учёные разместили резонатор и кремниевую квантовую точку. Получившийся радиочастотный одноэлектронный транзистор использовали как сенсор заряда. Отношение сигнал/шум достигло 4500 при времени интегрирования 4 нс.

Как сверхиндуктор усиливает сигнал

Сверхиндуктор занимает 18 мкм². В нём используют кинетическую индуктивность тонкой плёнки нитрида титана. При изменении сопротивления одноэлектронного транзистора меняется рассеяние в резонаторе. Это меняет его внутренний магнитный поток, сдвигает нелинейную кинетическую индуктивность и, следовательно, резонансную частоту. Изменение можно определить по отражённому радиочастотному сигналу.

Представим, что спиновое состояние электрона сначала преобразовали в зарядовое. Тогда транзистор реагирует на новый заряд, а резонатор превращает небольшое изменение параметров схемы в заметный сдвиг отражённого сигнала. Это похоже на камертон, у которого меняется тон под действием очень слабого воздействия. Такой сценарий объясняет возможный способ считывания спина, но в этой работе спиновый кубит напрямую не измеряли. Исследователи проверили именно сенсор заряда.

Следующим этапом авторы называют интеграцию резонатора с многозатворными транзисторами. Она должна показать, можно ли использовать устройство для быстрого и точного считывания спина. Поэтому показатель 4500 относится к продемонстрированному сенсору заряда, а не к полноценному эксперименту со спиновым кубитом.

Что показал эксперимент

Минимальный интервал, который позволяла измерить экспериментальная установка, составлял 4 нс. Оценку времени интегрирования 1 ± 0,3 пс для отношения сигнал/шум, равного единице, получили экстраполяцией, а не прямым измерением.

Нелинейность индуктивности усиливала чувствительность при повышении мощности радиочастотного сигнала. Но запас оставался ограниченным: примерно на 4 дБ выше рабочего диапазона сверхиндуктор переходил в обычное, несверхпроводящее состояние, после чего резонанс исчезал.

Работу выполнили учёные Quantum Motion, Лондонского центра нанотехнологий, Имперского колледжа Лондона, Кембриджского университета и исследовательского центра nanoGUNE. Для подготовки обзора по теме доступны услуги по подготовке научных статей.

Концептуальная цепочка, показывающая, как изменение заряда преобразуется в измеряемый радиочастотный сигнал; прямое считывание спинового состояния в работе не показано.

Фото: Sergei Starostin / Pexels