يطور الباحثون طريقة جديدة لتضمين الذرات واحدة تلو الأخرى لبناء رقاقة كمومية

تمهد التقنية الجديدة الطريق لتطوير أجهزة واسعة النطاق تكون ميسورة التكلفة وموثوقة بشكل أكبر.

طور فريق من الباحثين تقنية جديدة لبناء السيليكون يمكنها تحسين القدرة على تحمل التكاليف وموثوقية بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

تتضمن التقنية الجديدة - التي طورها باحثون من جامعة ملبورن الأسترالية وجامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) وجامعة RMIT ومعهد هيلمهولتز-زينتروم دريسدن روسندورف الألماني وهيلمهولتز - روسيندورف وهندسة السطح - دمج الذرات المفردة بدقة واحدة تلو الأخرى. - واحد في رقائق السيليكون.

وفقًا للباحثين ، فإن التقنية ، التي نُشرت في ورقة بحثية عن المواد المتقدمة ، تستفيد من دقة المجهر الذري ، الذي يحتوي على ناتئ حاد "يلامس" سطح رقاقة بدقة تحديد المواقع تبلغ نصف فقط. نانومتر ، وهو نفس المسافة تقريبًا بين الذرات في بلورة السيليكون.

وصف الباحثون كيف تم حفر ثقب صغير في الكابول ، بحيث عندما تمطر ذرات الفوسفور ، كان المرء يسقط من حين لآخر عبر الثقب ويغرس في ركيزة السيليكون.

كان أحد الجوانب الرئيسية لهذا هو معرفة متى تم تضمين ذرة في الركيزة بدقة حتى يتمكن الكابول من الانتقال إلى الموضع الدقيق التالي على المصفوفة.

أشارت الورقة البحثية إلى أنه حتى الآن ، كانت عملية زرع الذرات في السيليكون عملية عشوائية كما هو الحال عندما تمطر رقاقة السيليكون بالفوسفور ، فإن الذرة ستسقط في نمط عشوائي ، مثل قطرات المطر على النافذة. ومع ذلك ، اكتشف الفريق أنه يمكنه تحديد الدقة من خلال صوت "نقرة" يحدث عندما تسقط ذرة في بلورة السيليكون.

"تصطدم ذرة واحدة بقطعة من السيليكون بنقرة خافتة للغاية ، لكننا اخترعنا إلكترونيات حساسة للغاية تستخدم لاكتشاف النقرة ، يتم تضخيمها كثيرًا وتعطي إشارة عالية ، وإشارة عالية وموثوقة" ، هذا ما قاله الأستاذ بجامعة ملبورن والقائد قال المؤلف ديفيد جاميسون.

"هذا يسمح لنا بأن نكون واثقين جدًا من طريقتنا. يمكننا أن نقول ،" أوه ، كانت هناك نقرة. وصلت الذرة للتو. الآن يمكننا نقل الكابول إلى النقطة التالية وانتظار الذرة التالية. "

استخدم الباحثون معدات تشمل كاشفات الأشعة السينية الحساسة ، وهي مجهر للقوة الذرية تم تطويره في الأصل لمهمة روزيتا الفضائية ، إلى جانب نموذج حاسوبي لمسار الأيونات المزروعة في السيليكون ، لتطوير هذه التقنية.

قال المؤلف المشارك وأستاذ العلوم بجامعة نيو ساوث ويلز أندريا موريلو إنه باستخدام هذه الدقة والتقنية الجديدة ، سيكون من الممكن إنشاء "رقاقة" كيوبت ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك في التجارب لاختبار التصاميم للأجهزة الكبيرة الحجم.

وقال: "سيسمح لنا ذلك بهندسة العمليات المنطقية الكمومية بين مصفوفات كبيرة من الذرات الفردية ، مع الاحتفاظ بعمليات دقيقة للغاية عبر المعالج بأكمله".

"بدلاً من زرع العديد من الذرات في مواقع عشوائية واختيار الذرات التي تعمل بشكل أفضل ، سيتم وضعها الآن في مصفوفة منظمة ، على غرار الترانزستورات في رقائق الكمبيوتر التقليدية بأشباه الموصلات."

أضاف جاميسون بعض الأجهزة الكمومية المحتملة واسعة النطاق التي يمكن تطويرها باستخدام التصميم ، بما في ذلك التشفير غير القابل للكسر وتصميم الأدوية الحاسوبية ، مثل التطوير السريع للقاحات.

وقال: "نعتقد أننا في النهاية يمكن أن نصنع آلات كبيرة الحجم تعتمد على بتات ذرة واحدة باستخدام طريقتنا والاستفادة من تقنيات التصنيع التي أتقنتها صناعة أشباه الموصلات".

في مكان آخر ، قالت شركة Archer Materials إنها تعمل حاليًا على تطوير تقنية معمل على رقاقة تسمح بتحليل قطرات العينات البيولوجية ومعالجتها باستخدام مستشعرات تعتمد على الجرافين. ينوي آرتشر استخدام الجرافين كمستشعر فائق الحساسية للكشف عن الأمراض وتحليلها.

في أحدث تطوير لتقنية الرقاقة الحيوية ، قالت الشركة إنها واجهت تحديًا رئيسيًا في مجال تكنولوجيا النانو من خلال الدمج الناجح لصفيحة من الجرافين بسماكة ذرة واحدة مع إلكترونيات السيليكون.

وفقًا لآرتشر ، أصبح التكامل ممكنًا باستخدام نظام الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون لتصنيع أجهزة الجرافين بشكل متكرر.

وصف الرئيس التنفيذي لشركة آرتشر ، الدكتور محمد شقير ، الدمج بأنه خطوة "مهمة" في تطوير الرقاقة الحيوية للشركة.

وقال "هذا تتويج للكثير من التخطيط الاستراتيجي والتنسيق الذي يشمل الموهوبين والمرافق ذات المستوى العالمي والتكنولوجيا للوصول إلى هذه النقطة". "إنه لأمر مثير أن تطوير رقاقة آرتشر الكمومية 12CQ يمكن أن يستفيد أيضًا من هذا الإنجاز الأخير."

تم التحديث في ١٣ يناير ٢٠٢٢ ، الساعة ٣:٠٣ مساءً (بتوقيت شرق الولايات المتحدة): تمت إضافة تفاصيل من مواد آرتشر.
المزيد من التغطية الكمية

تعطي أستراليا الأولوية لـ 63 تقنية مهمة بما في ذلك الكم و blockchain

سيتم تخصيص 70 مليون دولار أسترالي لبناء مركز جديد للتسويق الكمي كجزء من مخطط أستراليا للتقنيات الحرجة.

تعد التقنيات الكمية الآن جزءًا من خارطة الطريق المستقبلية للجيش

يستكشف الدفاع كيف يمكن استخدام التكنولوجيا الكمومية كحل لمجموعة من الأشياء - من كونها بديلاً لتقنية GPS إلى تأمين الاتصالات.

تدعو هيئة الصناعة الأسترالية إلى مزيد من الاستثمار في تسويق الكم

عند تقديم توصيات حول كيفية التنقل في تطوير التكنولوجيا المبتكرة في أستراليا ، دعت جمعية صناعة المعلومات الأسترالية إلى استثمارات إضافية لمختلف الصناعات التقنية ، مثل الذكاء الاصطناعي والكم.

الأسلاك فوق الكيوبتات تجعل باحثي جامعة نيو ساوث ويلز يتخذون خطوة التحكم الكمي

يقول علماء جامعة نيو ساوث ويلز إن التصميم الأخير يمكن أن يتحكم في ملايين الكيوبتات.