研究人員介紹原子級(jí)低成本硅量子計(jì)算芯片設(shè)計(jì)方案
發(fā)布時(shí)間：2022-03-18 09:26
墨爾本大學(xué)帶領(lǐng)的一支研究團(tuán)隊(duì)，剛剛完善了一項(xiàng)可低成本構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的新技術(shù)理論，并希望借此來(lái)打造一套規(guī)模異常龐大的量子設(shè)備。據(jù)悉，該技術(shù)利用了原子力顯微鏡的高精度特性。它具有一個(gè)可“接觸”芯片表面的尖銳懸臂，定位精度可達(dá)半納米，與硅晶體中的原子間距大致相同。
通過(guò)在懸臂上鉆一個(gè)小孔、將原子依次嵌入硅晶片中，當(dāng)其被磷原子簇射時(shí)，偶爾就會(huì)從孔中掉落、并嵌入硅基板中。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原子進(jìn)入硅晶體、并通過(guò)摩擦耗散其能量時(shí)，原子的動(dòng)能可被利用來(lái)產(chǎn)生微小的電子“咔噠”聲。
研究合著者、來(lái)自墨爾本大學(xué)的 David Jamieson 教授指出，當(dāng)原子落入原型設(shè)備的 1/10000 位置時(shí)，他們可以“聽(tīng)到”電子的“咔噠”聲。
一個(gè)原子與一塊硅碰撞，會(huì)發(fā)出非常微弱的咔噠聲，而我們發(fā)明了用于檢測(cè)這一聲音的非常靈敏的電子設(shè)備。它可以將聲音放大許多倍，發(fā)出響亮而可靠的信號(hào)。
在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)新方法抱有相當(dāng)大的信心。在一個(gè)原子剛到之后，我們可以移動(dòng)懸臂的位置，并靜待下一個(gè)原子的到來(lái)。
除了 David Jamieson 教授，合著者中還包括了來(lái)自新南威爾士大學(xué)悉尼分校、德國(guó) HZDR 研究所、萊布尼茨表面工程研究所（IOM）、以及皇家墨爾本立功大學(xué)（RMIT）的研究人員。
其開(kāi)發(fā)出的新技術(shù)，已被用于制造受控的大規(guī)模計(jì)數(shù)原子模式，且其量子態(tài)能夠被操縱、耦合、以及讀出。
在此之前，想要在硅中置入原子，一直是個(gè)相當(dāng)隨機(jī)的過(guò)程 —— 像是落在窗戶(hù)上的雨滴那樣、在硅芯片上灑滿(mǎn)磷。
不過(guò)來(lái)自新南威爾士大學(xué)的合著者、科學(xué)教授 Andrea Morello 指出：
新技術(shù)不僅能夠?qū)⒘纂x子嵌入硅基板中，并可對(duì)其進(jìn)行精確計(jì)數(shù)，從而打造出一枚量子比特芯片，并利用它在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試可用于大型量子設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)。
這將使得我們能夠設(shè)計(jì)大型單個(gè)原子陣列之間的量子邏輯運(yùn)算，進(jìn)而在整個(gè)處理器中保持高度精確的運(yùn)算。
與在隨機(jī)位置植入許多原子、并選擇效果最好的原子的方法相比，新技術(shù)可將之放置在一個(gè)類(lèi)似傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片中的晶體管的有序陣列中。
Alexander Melvin Jakob 博士補(bǔ)充道，他們?cè)谛潞献髦惺褂昧烁叨葘?zhuān)業(yè)化的設(shè)備：
其中包括為敏感 X 射線(xiàn)探測(cè)器而開(kāi)發(fā)的先進(jìn)技術(shù)、最初為羅塞塔太空任務(wù)而開(kāi)發(fā)的特殊原子力顯微鏡、以及德國(guó)同僚合作開(kāi)發(fā)的用于植入硅的離子軌跡的綜合計(jì)算機(jī)模型。
我們已同合作伙伴們一道，利用這項(xiàng)技術(shù)在單原子量子比特的制造上取得了突破性的成果。但最新的發(fā)現(xiàn)，還將加速我們?cè)诖笮驮O(shè)備上的工作。
至于量子計(jì)算機(jī)的潛在應(yīng)用，則涵蓋了優(yōu)化時(shí)間表和財(cái)務(wù)的新方法、牢不可破的密碼學(xué)、計(jì)算藥物設(shè)計(jì)、以及助力疫苗的快速研發(fā)等。
（文章來(lái)源：cnBeta）