大規(guī)模量子計算機新突破：可構(gòu)建高精度量子芯片
?（圖片來源：墨爾本大學(xué)）
?
近日，由來自澳大利亞墨爾本大學(xué)、澳大利亞新南威爾士大學(xué)、澳大利亞墨爾本理工大學(xué)、德國HZDR研究所和德國萊布尼茨表面工程研究所的研究人員，共同開發(fā)出一種新的硅芯片構(gòu)建技術(shù)，可實現(xiàn)將原子逐個且精確地嵌入到硅晶片中，從而提升構(gòu)建量子計算機的可靠性并降低成本。
?
這項研究已發(fā)表在《Advanced Materials》上。據(jù)相關(guān)研究人員稱，他們采用了一種原子力顯微鏡的懸臂梁微尖端方法，該顯微鏡的優(yōu)勢在于具有高精度，可以將在“接觸”芯片表面時的定位精度控制到半納米，這近似于硅晶體中原子間的空間距離。
?
其具體操作思路是，在懸臂梁上鉆一個小孔，當(dāng)向硅晶圓拋灑磷原子時，一個磷原子將隨機從孔中掉落并嵌入到晶圓中。在此過程中，一個關(guān)鍵因素是必須準確地知道原子落到晶圓上的時間，從而指揮懸梁臂精確地移動到指定位置。
?
該論文指出，到目前為止在晶圓中注入原子一直是一個不受控制的過程，因為當(dāng)向晶圓拋灑原子時，原子會隨機落下，就像打在窗戶上的雨滴一樣?，F(xiàn)在，該團隊發(fā)現(xiàn)原子落到硅晶體上時會發(fā)出“咔噠”聲，利用這一特性可提升識別落入指定位置的精確度。
?
“一個原子與一塊硅晶體碰撞時會發(fā)出非常微弱的‘咔噠’聲，我們發(fā)明了一個非常靈敏的電子設(shè)備用于檢測咔噠聲，并將咔噠聲放大形成響亮而可靠的信號，”墨爾本大學(xué)教授和該論文的責(zé)任作者David Jamieson說?！皳Q句話說，‘有一個咔噠聲，就表示一個原子剛剛到達?！F(xiàn)在我們可以將懸梁臂移動到下一個位置以等待下一個原子落入了?！??
?
該項研究所使用的設(shè)備包括靈敏的X射線探測器，特殊原子力顯微鏡（最初為Rosetta機器人空間探測器計劃而開發(fā)），以及用于離子注入軌跡的計算機模型。
?
該論文作者、新南威爾士大學(xué)科學(xué)教授Andrea Morello說，該技術(shù)將有助于創(chuàng)建出大規(guī)模量子計算機用于設(shè)計測試實驗的量子比特芯片。“基于大型單原子陣列進行量子邏輯運算，我們將能夠設(shè)計出高精度計算的量子處理器?！?/strong>
?
“當(dāng)原子注入到硅晶圓時，不再是隨機位置植入大量原子，而是將原子精準地放置在有序陣列中，用以達到效果最好。這與傳統(tǒng)半導(dǎo)體計算機芯片中晶體管的放置方式非常接近?！?/p>
?
Jamieson補充說，采用新技術(shù)可以開發(fā)出一些用于包括加密密碼學(xué)和藥物研發(fā)等潛在的大規(guī)模量子設(shè)備，例如加速疫苗研發(fā)。“我們相信，通過采用新方法以及半導(dǎo)體行業(yè)中成熟的制造技術(shù)，最終將可制造出基于單原子量子比特的大規(guī)模量子計算機?！?/strong>
?
此前，澳大利亞量子材料公司Archer Materials曾表示，它目前正在研發(fā)一種“芯片上的實驗室”技術(shù)，目標是設(shè)計出一種基于石墨烯的超靈敏傳感器用以疾病檢測和分析。該公司還公布了這種生物芯片技術(shù)的最新進展：已成功地實現(xiàn)了將單原子厚的石墨烯片集成到硅晶圓上。這意味著其解決了納米級這一關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。
?
根據(jù)Archer Materials的說法，該集成是通過電子束光刻系統(tǒng)重復(fù)地制造石墨烯器件而實現(xiàn)。Archer Materials的CEO Mohammad Choucair博士將該集成視為其公司生物芯片開發(fā)的“重要”一步。?
?
Mohammad Choucair博士說道：“這是許多戰(zhàn)略規(guī)劃布局與協(xié)同的結(jié)果，是人才、世界一流的設(shè)施和技術(shù)通力合作而取得的成果。令人興奮的是，Archer Materials的12個量子比特芯片開發(fā)也將從中受益。”
?
文：Aimee Chanthadavong
編譯：李每
編輯：慕一
注：本文編譯自“ZDNet”，不代表量子前哨觀點。
?
