英國倫敦大學學院工程師和物理學家開發出一種新方法，首次成功在陣列中可靠地定位單個原子，其接近100%的精度和可延伸性可用於制造量子電腦，使其達到幾乎為零的故障率，提高了建造通用量子電腦的可能性。相關研究發表在最新一期【先進材料】雜誌上。
泰勒·斯塔克博士將樣品裝入掃描隧道顯微鏡(STM)，用於執行原子級操作。圖片來源：倫敦大學學院
從理論上講，量子計算有可能解決傳統電腦永遠無法解決的復雜問題。在通用量子電腦中建立量子門的一種方法是將單個原子放置在矽中，冷卻到極低溫度以保持其量子性質穩定，然後用電訊號和磁訊號來操縱它們處理資訊，就像操縱傳統電腦中的二進制晶體管來輸出0或1一樣。
建造量子電腦的各種方法正在研發中，但還沒有一種方法能夠達到所需的規模和低錯誤率。
在矽晶體中精確定位單個「雜質」原子，從而操縱其量子特性以形成量子位元。這種方法具有低量子位元錯誤率，並以可延伸的矽微電子技術為基礎。標準方法使用磷作為雜質原子，但由於單個磷原子的定位成功率僅為70%，因此該系統距建立量子電腦所需的近零故障率仍有距離。
在本研究中，研究人員假設，砷可能是一種比磷更可靠的材料。他們使用一種能夠辨識和操縱單個原子的顯微鏡，將砷原子精確地插入矽晶體中。然後，他們重復這一過程，建立了一個2×2的單砷原子陣列，可以用作量子位元。
研究人員表示，他們能夠以近乎完美的精度將原子放置在矽中，並以一種可以擴充套件的方式放置原子，這是量子計算領域的一大進步。他們首次展示了一種實作量子電腦所需精度和規模的方法。
目前，研究中開發的方法需要手動定位每個原子，一次一個，這需要幾分鐘的時間。理論上，這一過程可無限重復。但實際上，為了建造通用量子電腦，有必要將這一過程自動化和工業化。這意味著要建立數百萬、數千萬甚至數十億個量子位元陣列。該方法需要與當前的半導體工藝高度相容，並在解決一些工程難題後加以整合。
量子電腦的研發，涉及多學科交叉領域，材料學便是其中之一。量子電腦用什麽材料來研制，才能更好地發揮其潛能？對此，科研人員仍在不斷嘗試和探索之中。目前，超導材料、光子材料、原子材料等都屬於研制量子電腦的候選材料。可以肯定的是，無論采用哪種材料，其核心原則是符合量子電腦的執行規律。
（來源：科技日報）
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