量子計算機可以使用由研究團隊完善的新技術以廉價可靠的方式構建，該新技術將單個原子嵌入矽晶圓片中，逐一映象用於構建傳統裝置。到目前為止，在矽中植入原子一直是一個隨意的過程。
該技術可以建立受控的計數原子的大規模模式，以便其量子狀態可以被操縱、耦合和讀出。
量子計算機可以使用墨爾本大學領導的團隊完善的新技術，在矽片中嵌入單個原子，一個接一個地映象方法來構建傳統裝置，這是在高階材料論文中概述的。
這項新技術由David Jamieson教授和來自悉尼新南威爾士州、Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（HZDR）、Leibniz表面工程研究所（IOM）和RMIT的合著者開發，可以建立受控制的計數原子的大規模模式，以便其量子狀態可以被操縱、耦合和讀出。
論文的主要作者Jamieson教授說，他的團隊的願景是使用這種技術來構建一個非常非常大規模的量子裝置。
Jamieson教授說：“我們認為，透過使用我們的方法並利用半導體行業完善的製造技術，我們最終可以製造基於單原子量子位的大型機器。”
該技術利用了原子力顯微鏡的精度，該顯微鏡具有鋒利的懸臂，響應晶片表面上方的力場，定位精度僅為半奈米，與矽晶體中原子之間的間距大致相同。
該團隊在這個懸臂上鑽了一個小洞，這樣當它被磷原子淹沒時，人們偶爾會掉進洞裡，嵌入矽基質中。
關鍵是確切知道一個原子——不超過一個——何時嵌入基板。然後懸臂可以移動到陣列上的下一個精確位置。
研究小組發現，原子在鑽入矽晶體並透過摩擦耗散其能量時的動能可以被利用來進行微小的電子“點選”。
Jamieson教授說，當每個原子掉入原型裝置中的10,000個站點之一時，團隊可以“聽到”電子點選。
Jamieson教授說：“一個原子與一塊矽碰撞會產生非常微弱的咔嗒聲，但我們發明了非常敏感的電子產品來檢測咔嗒聲，它被放大了很多，併發出響亮的訊號，響亮而可靠的訊號。”
“這使我們能夠對我們的方法充滿信心。我們可以說：“哦，有咔嗒聲。一個原子剛到。現在我們可以把懸臂移到下一個位置，然後等待下一個原子。”
到目前為止，在矽中植入原子一直是一個隨意的過程，矽晶片會沐浴在磷上，磷以隨機模式植入，就像窗戶上的雨滴一樣。
新南威爾士大學的聯合作者、科學教授Andrea Morello表示，新技術將磷離子嵌入矽基板中，精確計數每個離子，形成量子位元“晶片”，然後可用於實驗室實驗，以測試大型裝置的設計。
Morello教授說：“這將使我們能夠在單個原子的大型陣列之間設計量子邏輯操作，同時在整個處理器中保持高度精確的操作。”
“現在，它們不會將許多原子植入隨機位置並選擇效果最好的原子，而是被放置在一個有序的陣列中，類似於傳統半導體計算機晶片中的電晶體。”
第一作者，墨爾本大學的亞歷山大博士（梅爾文）雅各布說，合作使用了高度專業化的裝置。
Jakob博士說：“我們使用了為敏感X射線探測器開發的先進技術和最初為Rosetta空間任務開發的特殊原子力顯微鏡，以及與我們在德國的同事合作開發的植入矽中的離子軌跡的綜合計算機模型。”
“與我們的中心合作伙伴一起，我們已經在使用該技術製作的單原子量子位元上取得了突破性的結果，但這一新發現將加快我們在大型裝置上的工作。”
量子計算機的實際影響包括最佳化時間表和財務的新方法、牢不可破的密碼學和計算藥物設計，以及疫苗的可能快速開發。
該報告的共同作者來自悉尼新南威爾士州、德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茲-宗特魯姆（HZDR）、萊布尼茨表面工程研究所（IOM）和羅馬理工大學的顯微鏡和微觀分析設施。
該專案由澳大利亞研究委員會量子計算和通訊技術英才中心、美國陸軍研究辦公室、墨爾本大學研究和基礎設施基金的贈款資助，並使用了墨爾本納米制造中心的澳大利亞國家制造設施。
