Átomo por átomo: la nueva tecnología de chips informáticos de silicio abre la posibilidad de construir computación cuántica.
Esta tecnología puede crear un patrón de conteo controlado de átomos a gran escala para que sus estados cuánticos puedan manipularse, acoplarse y leerse.
Las computadoras cuánticas podrían desarrollarse utilizando una nueva técnica mejorada por un equipo dirigido por la Universidad de Melbourne que incrusta átomos individuales en obleas de silicio y refleja dispositivos convencionales pieza por pieza, como se describe en un artículo de Materiales Avanzados.
La nueva tecnología, desarrollada por el profesor David Jamieson y coautores de Nueva Gales del Sur, Sídney, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), el Instituto Leibniz de Ingeniería de Superficies (IOM) y RMIT, puede crear patrones controlados a gran escala de átomos contados para que sus estados cuánticos puedan manipularse, acoplarse y leerse.
El profesor Jamieson, autor principal del artículo, dijo que la visión de su equipo es utilizar esta tecnología para construir un dispositivo cuántico a muy, muy gran escala.
El profesor Jemison dijo: "Creemos que utilizando nuestro enfoque, utilizando las técnicas de fabricación perfeccionadas por la industria de los semiconductores, podremos eventualmente construir máquinas a gran escala basadas en qubits de un solo átomo".
< Esta técnica aprovecha la precisión de un microscopio de fuerza atómica, que tiene un voladizo afilado y responde a un campo de fuerza sobre la superficie del chip. La precisión del posicionamiento es de sólo medio nanómetro, que es aproximadamente la misma que la distancia entre los átomos en un cristal de silicio.El equipo perforó un pequeño agujero en el voladizo para que, cuando se inundara con átomos de fósforo, la gente ocasionalmente cayera en el agujero y quedara incrustada en la matriz de silicio.
La clave está en saber exactamente cuándo un átomo -no más de uno- está incrustado en el sustrato. Luego, el voladizo se puede mover a la siguiente ubicación precisa en la matriz.
El equipo descubrió que la energía cinética de los átomos a medida que perforan los cristales de silicio y disipan la energía mediante la fricción se puede utilizar para crear pequeños "clics" electrónicos.
El profesor Jamieson dijo que el equipo podía "escuchar" los clics de los electrones cuando cada átomo caía en uno de los 65.438.000 sitios en el dispositivo prototipo.
El profesor Jamieson dijo: "Un átomo que choca con un trozo de silicio produce un clic muy débil, pero inventamos una electrónica muy sensible para detectar este clic, que se amplifica mucho y envía una señal fuerte, una señal fuerte y confiable."
"Nos da confianza en nuestro enfoque el hecho de que podemos decir: "Oh, hay un clic". Acaba de llegar un átomo. Ahora podemos mover el voladizo a la siguiente posición y esperar el siguiente átomo. "
Hasta ahora, implantar átomos en silicio ha sido un proceso aleatorio. Las obleas de silicio están bañadas en fósforo, que se implanta en patrones aleatorios, como gotas de lluvia en una ventana.
p>La coautora Andrea Morello, profesora de ciencias en la Universidad de Nueva Gales del Sur, dijo que la nueva tecnología incorpora iones de fósforo en un sustrato de silicio y cuenta con precisión cada ion y forma un "chip" de qubit que luego puede usarse en experimentos de laboratorio. probar el diseño de dispositivos grandes
El profesor Morello dijo: "Esto nos permitirá diseñar entre grandes conjuntos de átomos individuales. de operaciones de lógica cuántica manteniendo operaciones de alta precisión en todo el procesador. "
"Ahora, en lugar de implantar muchos átomos en ubicaciones aleatorias y seleccionar los mejores, se colocan en matrices ordenadas, similares a los transistores de los chips semiconductores tradicionales para computadoras. "
El primer autor, el Dr. Alexander (Melvin) Jacobs de la Universidad de Melbourne, dijo que esta colaboración utilizó equipos altamente especializados.
El Dr. Jacob dijo: "Utilizamos tecnología avanzada desarrollada para detectores sensibles de rayos X, microscopios especiales de fuerza atómica desarrollados originalmente para la misión espacial Rosetta y, en colaboración con nuestros colegas en Alemania, desarrollamos un modelo informático integral de trayectorias iónicas. implantado en silicio”
“Junto con nuestros socios clave, hemos logrado resultados revolucionarios en qubits de un solo átomo fabricados con esta tecnología, pero este nuevo descubrimiento acelerará nuestro trabajo en dispositivos a gran escala”.
Los efectos prácticos de las computadoras cuánticas incluyen nuevas formas de optimizar cronogramas y finanzas, criptografía inquebrantable y diseño computacional de fármacos, y un posible desarrollo rápido de vacunas.
Los coautores de este informe son de la Universidad de Nueva Gales del Sur, la Universidad de Sydney, la Universidad Helmholtz-Zontram, la Universidad Dresden-Rosendorfer (HZDR), Leibniz Microscopy y las instalaciones de análisis de microscopía del Instituto. de Ingeniería de Superficies (IOM) y la Universidad Politécnica de Roma.
El proyecto fue financiado por el Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnologías de Comunicaciones del Consejo Australiano de Investigación, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. y el Fondo de Investigación e Infraestructura de la Universidad de Melbourne, y utilizó la Instalación Nacional de Fabricación de Australia en el Centro de Nanofabricación de Melbourne.