硅中的精确原子注入为实用量子计算机迈出了第一步

由离子束推动的“施主”原子在几微秒内非常精确地插入工业标准硅衬底中。

供体原子 - 在这种情况下是锑(Sb) - 携带比硅原子多一个电子(五个)(四个)。由于电子配对，奇数Sb电子保持自由。

仪器监测自由电子，以确定在电磁场的压力下，它是朝上还是朝下，称为“旋转”。这个角色的电子，称为量子位，从亚原子尺度发出“是”或“否”信号，因此充当量子计算机的信息承载者。

将供体原子精确地放置在硅中的能力意味着应该可以在“金发姑娘”区域中插入足够远的第二供体原子，其中通信既不会因距离而失去，也不会因过于接近而消失。博士后首席研究员Meenakshi Singh表示桑迪亚将在今年晚些时候尝试这样做。Qubits彼此“交谈”是量子计算电路的基础。

应用物理快报(Applied Physics Letters)报道，桑迪亚成功的第一步是利用预先嵌入硅中的相邻量子点提供的电磁力。量子点 - 本身就是一个微小的电子海洋 - 包含各种能级，并像晶体管一样阻挡或通过量子位。

如果可用的点能级与电子兼容，则晶体管栅极有效地打开，电子跳入点。如果没有，量子比特保持不变。通过对电流流动而不是光子移动敏感的光电二极管传感器将该动作报告回表面。由于量子点中的多个“门”，许多不同能级的量子位可以通过晶体管，或被拒绝通过，理论上可以进行极其广泛的信息处理。

“我们的方法很有前途，因为它读取电子的自旋而不是电荷，它的信息不被背景静电吞噬，而是在相当长的时间内保持连贯，”辛格说。“此外，我们使用硅作为我们的基本材料，已经开发出商业制造技术，而不是采用昂贵的超导元件。”

桑迪亚方法的第三个独特品质是准确快速地将供体原子放置在它们应该的位置，放置在目标纳米范围内的微秒内，而不是仅将量子位置放置在统计上与Goldilocks距离平均的量子位置。

虽然之前已经证明了这个实验的组成部分，但这是第一次在一个芯片上一起工作，研究人员准确地知道每个量子位的垂直和水平位置，而不仅仅是统计近似值。

桑迪亚研究员和论文作者Mike Lilly预计，“桑迪亚技术将允许制造更复杂的多量子比特结构，并且比现有的供体植入方法更高的产量。”

成功硅器件的组件在Sandia的微系统和工程科学应用(MESA)设施中制造。供体原子被放置在桑迪亚的离子束实验室。实验测量在桑迪亚/洛斯阿拉莫斯综合纳米技术中心进行，该中心是美国能源部基础能源科学办公室支持的用户设施。

Singh说，整个方法很简单，但需要一系列技术专业知识和机器。“我们使用离子束，硅制造设施，低温测量和模拟。在国家实验室之外找到一个可以完成所有这些工作的非商业场所很难。“