原子对原子:新的硅计算机芯片技术开启了量子计算构建的可能性。
这项技术可以创建一个受控的大规模原子计数模式，以便可以操纵、耦合和读出它们的量子态。
量子计算机可以使用墨尔本大学领导的团队改进新技术，在硅片中嵌入单个原子，并逐个镜像传统设备，这在高级材料论文中有所概述。
这项新技术由David Jamieson教授和来自新南威尔士、悉尼、Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)、莱布尼茨表面工程研究所(IOM)和RMIT的共同作者开发，可以创建大规模的受控计数原子模式，以便可以操纵、耦合和读出它们的量子状态。
论文的主要作者Jamieson教授表示，他的团队的愿景是利用这项技术建造一个非常非常大规模的量子设备。
杰米森教授说:“我们相信，通过使用我们的方法，使用半导体行业完美的制造技术，我们最终可以制造出基于单原子量子比特的大型机器。”
这种技术利用了原子力显微镜的精确性，该显微镜具有尖锐的悬臂，并对芯片表面上方的力场做出响应。定位精度只有半纳米，与硅晶体中的原子间距大致相同。
研究小组在悬臂上钻了一个小洞，这样当它被磷原子淹没时，人们偶尔会掉进洞里，嵌入硅基质中。
关键是要准确地知道一个原子——不超过一个——是什么时候嵌入衬底的。然后悬臂可以移动到阵列上的下一个精确位置。
研究小组发现，原子钻入硅晶体并通过摩擦耗散能量时的动能可以用来制造微小的电子“点击”。
Jamieson教授表示，当每个原子落入原型设备中65，438+00，000个位点中的一个时，该团队可以“听到”电子点击。
杰米森教授说:“一个原子与一块硅碰撞会产生非常微弱的点击，但我们发明了一种非常灵敏的电子产品来检测这种点击，这种点击被放大了很多，并发出一种响亮的信号，一种响亮而可靠的信号。”
“这让我们对自己的方法充满信心。我们可以说，“哦，有一个点击。一个原子刚刚到达。现在我们可以将悬臂移动到下一个位置，等待下一个原子。"
到目前为止，在硅中植入原子还是一个随机过程。硅片会沐浴在磷中，磷会以随机的模式植入，就像窗户上的雨滴一样。
合著者、新南威尔士大学科学教授安德里亚·莫雷罗(Andrea Morello)表示，这项新技术将磷离子嵌入到一个硅衬底中，对每个离子进行精确计数，并形成一个量子位“芯片”，然后可以用于实验室实验，以测试大型设备的设计。
莫雷罗教授说:“这将使我们能够设计单原子大阵列之间的量子逻辑运算，同时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最好的原子，而是将它们放置在有序的阵列中，类似于传统半导体计算机芯片中的晶体管。”
第一作者，墨尔本大学的亚历山大(Melvin)雅各布博士表示，此次合作使用了高度专业化的设备。
雅各布博士说:“我们使用了为敏感的X射线探测器开发的先进技术，最初为罗塞塔太空任务开发的特殊原子力显微镜，以及与我们在德国的同事合作开发的植入硅中的离子轨迹的综合计算机模型。”
“与我们的主要合作伙伴一起，我们在用这项技术制造的单原子量子比特方面取得了突破性的成果，但这项新发现将加快我们在大规模设备上的工作。”
量子计算机的实际效果包括优化时间表和财务的新方法，不可破解的密码术和计算药物设计，以及可能的疫苗快速开发。
这份报告的共同作者来自新南威尔士大学、悉尼大学、亥姆霍兹-Zon特拉姆大学、德累斯顿-罗森多夫大学(HZDR)、莱布尼茨表面工程研究所(IOM)和罗马理工大学的显微镜和显微镜分析设施。
该项目由澳大利亚研究委员会量子计算和通信技术卓越中心、美国陆军研究办公室和墨尔本大学研究和基础设施基金资助，并使用了墨尔本纳米制造中心的澳大利亚国家制造设施。