墨爾本大學帶領的一支研究團隊，剛剛完善了一項可低成本構建量子計算機的新技術理論，並希望藉此來打造一套規模異常龐大的量子設備。據悉，該技術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。

（圖自：University of Melbourne）

通過在懸臂上鑽一個小孔、將原子依次嵌入矽晶片中，當其被磷原子簇射時，偶爾就會從孔中掉落、並嵌入矽基板中。

研究發現，當原子進入矽晶體、並通過摩擦耗散其能量時，原子的動能可被利用來產生微小的電子“咔噠”聲。

Atom 構建矽量子計算機芯片 Atom（via）

研究合著者、來自墨爾本大學的David Jamieson 教授指出，當原子落入原型設備的1/10000 位置時，他們可以“聽到”電子的“咔噠”聲。

一個原子與一塊矽碰撞，會發出非常微弱的咔噠聲，而我們發明了用於檢測這一聲音的非常靈敏的電子設備。它可以將聲音放大許多倍，發出響亮而可靠的信號。

在此基礎上，我們對新方法抱有相當大的信心。在一個原子剛到之後，我們可以移動懸臂的位置，並靜待下一個原子的到來。

站在納米模板掃描儀前的Alexander Melvin Jakob 博士

除了David Jamieson 教授，合著者中還包括了來自新南威爾士大學悉尼分校、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（RMIT）的研究人員。

其開發出的新技術，已被用於製造受控的大規模計數原子模式，且其量子態能夠被操縱、耦合、以及讀出。

在此之前，想要在矽中置入原子，一直是個相當隨機的過程—— 像是落在窗戶上的雨滴那樣、在矽芯片上灑滿磷。

不過來自新南威爾士大學的合著者、科學教授Andrea Morello 指出：

新技術不僅能夠將磷離子嵌入矽基板中，並可對其進行精確計數，從而打造出一枚量子比特芯片，並利用它在實驗室中測試可用於大型量子設備的相關設計。

這將使得我們能夠設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、並選擇效果最好的原子的方法相比，新技術可將之放置在一個類似傳統半導體芯片中的晶體管的有序陣列中。

研究主要作者David Jamieson 教授

Alexander Melvin Jakob 博士補充道，他們在新合作中使用了高度專業化的設備：

其中包括為敏感X 射線探測器而開發的先進技術、最初為羅塞塔太空任務而開發的特殊原子力顯微鏡、以及德國同僚合作開發的用於植入矽的離子軌蹟的綜合計算機模型。

我們已同合作夥伴們一道，利用這項技術在單原子量子比特的製造上取得了突破性的成果。但最新的發現，還將加速我們在大型設備上的工作。

至於量子計算機的潛在應用，則涵蓋了優化時間表和財務的新方法、牢不可破的密碼學、計算藥物設計、以及助力疫苗的快速研發等。