研究人員介紹原子級低成本硅量子計算芯片設(shè)計方案
發(fā)布時間：2022-03-18 09:26
墨爾本大學(xué)帶領(lǐng)的一支研究團隊，剛剛完善了一項可低成本構(gòu)建量子計算機的新技術(shù)理論，并希望借此來打造一套規(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。它具有一個可“接觸”芯片表面的尖銳懸臂，定位精度可達半納米，與硅晶體中的原子間距大致相同。
通過在懸臂上鉆一個小孔、將原子依次嵌入硅晶片中，當其被磷原子簇射時，偶爾就會從孔中掉落、并嵌入硅基板中。
研究發(fā)現(xiàn)，當原子進入硅晶體、并通過摩擦耗散其能量時，原子的動能可被利用來產(chǎn)生微小的電子“咔噠”聲。
研究合著者、來自墨爾本大學(xué)的 David Jamieson 教授指出，當原子落入原型設(shè)備的 1/10000 位置時，他們可以“聽到”電子的“咔噠”聲。
一個原子與一塊硅碰撞，會發(fā)出非常微弱的咔噠聲，而我們發(fā)明了用于檢測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。
在此基礎(chǔ)上，我們對新方法抱有相當大的信心。在一個原子剛到之后，我們可以移動懸臂的位置，并靜待下一個原子的到來。
除了 David Jamieson 教授，合著者中還包括了來自新南威爾士大學(xué)悉尼分校、德國 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。
其開發(fā)出的新技術(shù)，已被用于制造受控的大規(guī)模計數(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，一直是個相當隨機的過程 —— 像是落在窗戶上的雨滴那樣、在硅芯片上灑滿磷。
不過來自新南威爾士大學(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，并可對其進行精確計數(shù)，從而打造出一枚量子比特芯片，并利用它在實驗室中測試可用于大型量子設(shè)備的相關(guān)設(shè)計。
這將使得我們能夠設(shè)計大型單個原子陣列之間的量子邏輯運算，進而在整個處理器中保持高度精確的運算。
與在隨機位置植入許多原子、并選擇效果最好的原子的方法相比，新技術(shù)可將之放置在一個類似傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片中的晶體管的有序陣列中。
Alexander Melvin Jakob 博士補充道，他們在新合作中使用了高度專業(yè)化的設(shè)備：
其中包括為敏感 X 射線探測器而開發(fā)的先進技術(shù)、最初為羅塞塔太空任務(wù)而開發(fā)的特殊原子力顯微鏡、以及德國同僚合作開發(fā)的用于植入硅的離子軌跡的綜合計算機模型。
我們已同合作伙伴們一道，利用這項技術(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)，還將加速我們在大型設(shè)備上的工作。
至于量子計算機的潛在應(yīng)用，則涵蓋了優(yōu)化時間表和財務(wù)的新方法、牢不可破的密碼學(xué)、計算藥物設(shè)計、以及助力疫苗的快速研發(fā)等。
（文章來源：cnBeta）