Группа исследователей разработала новую технологию изготовления кремния, которая потенциально может повысить доступность и надежность квантовых компьютеров. Метод основан на преимуществах атомного микроскопа с острым кантилевером, который «касается» поверхности чипа с точностью позиционирования всего в половину нанометра, что примерно равно расстоянию между атомами в кристалле кремния.
В кантилевере было просверлено крошечное отверстие. Когда его осыпают атомами фосфора, один из них иногда падает через отверстие и внедряется в кремниевую подложку. Важно точно знать, когда атом был внедрен в подложку, чтобы кантилевер мог переместиться в следующую позицию на массиве.
До сих пор имплантация атомов в кремний была случайным процессом, поскольку, когда кремниевый чип осыпали фосфором, атомы падали случайным образом, как капли дождя на окно. Однако команда исследователей обнаружила, что можно добиться точности благодаря «щелчку», который слышен, когда атом падает в кристалл кремния.
Щелчок, который издаёт атом, сталкиваясь с куском кремния, очень слабый, но учёные изобрели высокочувствительную электронику, которая способна усилить звук, превратив его в громкий сигнал. Благодаря этому можно быть точно уверенным, что атом попал на кремний и пора переместить кантилевер на следующую позицию. То есть вместо того, чтобы имплантировать множество атомов в случайные места и выбирать те, которые работают лучше всего, теперь их можно размещать упорядоченно, подобно транзисторам в обычных компьютерных чипах на основе полупроводников.
Для разработки метода исследователи использовали чувствительные рентгеновские детекторы, атомно-силовой микроскоп, который был первоначально разработан для космической миссии Rosetta, а также компьютерную модель траектории ионов, имплантированных в кремний.
За счёт достижения такой высокой точности, а также новой техники можно будет создать кубитный «чип», который затем можно будет использовать для тестирования конструкций крупномасштабных устройств. Это позволит разрабатывать квантовые логические операции между большими массивами отдельных атомов, сохраняя при этом высокую точность операций во всем процессоре. Некоторые из потенциальных крупномасштабных квантовых устройств, которые могут быть разработаны с использованием этой методики, включают невзламываемую криптографию и разработку лекарств, в том числе вакцин.