研究人员开发新方法一一嵌入原子以构建量子芯片

这项新技术为开发更实惠、更可靠的大型设备铺平了道路。

一组研究人员开发了一种新的硅构建技术，该技术可能会提高构建量子计算机的可负担性和可靠性。

这项由澳大利亚墨尔本大学、新南威尔士大学 ，(UNSW) 和 RMIT 以及德国 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 和莱布尼茨表面工程研究所的研究人员共同开发的新技术涉及精确地逐个嵌入单个原子- 一个硅晶片。

据研究人员称，这项已发表在Advanced Materials论文中的技术利用了原子显微镜的精度，该显微镜具有尖锐的悬臂，可以“接触”芯片表面，定位精度仅为半秒/纳米，这与硅晶体中原子之间的空间大致相同。

研究人员描述了如何在悬臂梁上钻一个小孔，这样当它被磷原子簇射时，一个小孔偶尔会从孔中掉下来并嵌入硅基板中。

这方面的一个关键点是准确地知道原子何时嵌入基板中，以便悬臂可以移动到阵列上的下一个精确位置。

该论文指出，到目前为止，在硅晶片中植入原子一直是一个随意的过程，因为当硅晶片被磷浸湿时，一个原子会以随机模式落下，就像窗户上的雨滴一样。然而，该团队发现它可以通过原子落入硅晶体时发生的“咔哒”声来识别精确度。

墨尔本大学教授和负责人作者大卫贾米森说，一个原子与一块硅碰撞会发出非常微弱的咔哒声，我们发明了非常灵敏的电子设备来检测咔哒声。它被放大了很多，发出响亮而可靠的信号。这让我们对该项方法非常有信心。我们可以认为，一个咔哒声就表示一个原子。

研究人员使用的设备包括灵敏的 X 射线探测器、为罗塞塔太空任务开发的原子力显微镜，以及用于植入硅的离子轨迹的计算机模型用以开发该技术。

合著者和新南威尔士大学科学教授安德里亚莫雷洛说，使用这种精度和新技术，可以创建一个量子比特“芯片”，然后可以将其用于测试大型设备设计的实验。他说，这将使我们能够设计大型单个原子阵列之间的量子逻辑运算，从而在整个处理器中保持高度精确的运算。现在不是在随机位置植入许多原子并选择效果最好的原子，而是将它们放置在有序阵列中，类似于传统半导体计算机芯片中的晶体管。

Jamieson 补充说，可以使用该设计开发的一些潜在的大规模量子设备包括牢不可破的密码学和计算生物药物设计，例如疫苗的快速开发。他说，我们相信，通过使用我们的方法并利用半导体行业已经完善的制造技术，我们最终可以制造基于单原子量子比特的大型机器。

在其他地方，Archer Materials 表示，它目前正在开发一种芯片实验室技术，该技术将允许使用基于石墨烯的传感器分析和处理生物样本的液滴。Archer 打算将石墨烯用作检测和分析疾病的超灵敏传感器。

该公司表示，在这种生物芯片技术的最新发展中，它通过成功地将单原子厚的石墨烯片与硅电子器件集成，解决了一项关键的纳米技术挑战。

根据 Archer 的说法，通过使用电子束光刻系统可重复地制造石墨烯器件，实现了集成。

Archer 首席执行官 Mohammad Choucair 博士将此次整合描述为公司生物芯片开发的“重要”一步。他说，达到这一点是许多战略规划和协调的结果，其中涉及人才、世界一流的设施和技术。令人高兴的是，Archer 的 12CQ 量子芯片开发也可以从这一最新成就中受益。

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