建立硅基量子比特，首先是原子平面硅表面覆盖一层氢。在右边，达拉斯大学的研究人员移除氢原子的区域被突出显示。量子计算机通过解决传统计算硬件无法解决的复杂优化问题，有可能改变医学、网络安全和人工智能等领域。但是这种设备的大规模生产技术还不存在。
达拉斯德克萨斯大学的研究人员开发了一种技术，可以消除大规模生产硅量子器件的挑战之一。研究人员概述了他们的方法，这种方法在制造过程中提供了更好的控制和精度。在5月28日在线发表的一项研究和7月发表在Journal of True空Science and Technology上的一项研究中，硅是量子器件基础材料的首选材料，因为它与传统的半导体技术兼容。
该研究的通讯记者Reza Moheimani博士和科技主席James von Eher在2019年获得了美国能源部240万美元的拨款，用于开发原子精密制造技术。
Haimani的团队正在解决量子设备制造中的一系列挑战。“我们的最新工作提高了制造过程的精确度，”Moheimani说。“我们仍在努力提高产量、速度和可靠性。”
研究人员通过首先在原子的平坦硅表面涂覆一层氢来防止其他原子或分子被吸收到表面，从而构建硅基量子位。接下来，研究人员使用扫描隧道显微镜，这种显微镜的特点是具有原子尖端的探针，就像微型机械臂一样，可以选择性地从表面移除氢原子。STM旨在对表面上的原子特征进行成像，然而，研究人员也使用这种设备以一种称为氢氧化光刻的模式操纵原子。
这个艰巨的过程包括将探针放在氢原子上，在探针样品的偏压上加上高频信号，并增加高频信号的振幅，直到氢原子离开表面，露出下面的硅。在预定数量的氢原子被选择性地从表面去除后，磷化氢气体被引入到环境中。经过特定的过程，磷原子被吸附在表面，每个磷原子充当一个量子位。
传统HDL的问题是，操作者很容易拉出错误的氢原子，从而在不需要的位置产生量子位。使用STM进行HDL所需的电压高于成像所需的电压，这通常会导致针尖撞到表面样品，从而迫使操作者重新开始。
研究人员在研究STM针尖碰撞问题的解决方案时，发现了一种更精确的操纵表面原子的方法。
“传统的光刻技术无法达到所需的原子精度，”Moheimani说。“问题是我们用显微镜进行光刻；我们正在用设备做一些它本不应该做的事情。”研究人员发现，通过在成像模式下执行HDL，可以对电压进行一些调整，改变STM的反馈控制系统，从而达到更高的精度。
Haimani说，“我们意识到，我们实际上可以用这种方法以可控的方式去除氢原子。”这实在令人惊讶。这是实验过程中会发生的事情之一。你试图解释它并利用它。"
量子计算机有望比目前的计算机存储更多的信息。这项研究的主要作者、机械工程专业的博士生哈米德·阿莱曼·苏尔(Hamid aleman Sur)表示，目前传输信息的晶体管已经不能再小了。
目前，制造晶体管的技术已经达到了极限。用传统的方法很难减小尺寸。
传统计算机使用1和0的精确值进行计算，而量子计算机的基本逻辑单元更加灵活，其值可以同时作为1和0的组合存在，也可以介于两者之间。一个量子位可以同时代表两个数字的事实使得量子计算机处理信息的速度快得多。
下一个挑战将是开发同时运行多种STM技能的技术。如果我们可以平行排列10或100个针尖，那么我们可以用相同的光刻技术将它们乘以100倍。如果我们能以10倍的速度产生100个量子比特，那将增加1000倍。
