在以前，在硅中植入原子是一个随意的过程，人们通过在硅芯片上洒满磷，磷原子以随机的方式植入到硅芯片上，就像窗户上的雨滴一样。现在，由澳大利亚墨尔本大学领导的一个研究小组已经完善了一种将单个原子逐个嵌入到硅晶片中的技术。该技术提供了使用与制造传统计算机相同的方法来制造量子计算机的潜力。他们的研究成果发表在近期的《先进材料》上。

该大学的David Jamieson教授是论文的主要作者，他说：“当每个原子落在原型设备中的1万个位置之一时，我们可以‘听到’电子的咔哒声。我们的愿景是使用这种技术来构建一个规模非常大的大型量子设备……我们相信，通过使用我们的方法并利用半导体行业已经完善的制造技术，我们最终可以制造出基于单原子量子比特的大规模机器。”

Jamieson说：“我们将磷离子嵌入到硅基板中，并精确地计算了每一个离子，以制造出一个量子比特‘芯片’，然后可以在实验室实验中使用它来测试大规模设备的设计。”

新南威尔士大学科学教授Andrea Morello是该论文的联合作者，他说：“这将使我们能够设计大型单个原子阵列间的量子逻辑运算，并在整个处理器中保持高度精确的运算……现在的做法，不是在随机位置植入许多原子并选择效果最好的原子，而是将它们放置在有序的阵列中，这类似于传统半导体计算机芯片中的晶体管。”

Jamieson教授和他的同事开发的这一技术利用了原子力显微镜的精度，这种显微镜有一个锋利的悬臂，可以轻轻地“接触”芯片表面。他们在这个悬臂上钻了一个小孔，这样当它被磷原子簇射时，磷原子偶尔会从孔中掉下来并嵌入在硅基板中。

然而，关键是要准确地知道一个原子(而且不能超过一个)何时嵌入到了基板中，只有清楚了这点之后才可以移动悬臂到阵列上的下一个精确位置。该研究小组发现，当原子撞击硅晶体并通过摩擦耗散能量时，原子的动能可以被用来发出微小的电子“咔嗒”声。这就是他们为何知道一个原子已经嵌入到硅中的原因。

Jamieson教授说：“一个原子与硅片碰撞时发出的咔嗒声非常微弱，但我们发明了一种非常灵敏的电子设备来检测咔嗒声，它被放大了很多并会发出响亮的信号，一个响亮而可靠的信号……我们已经与我们的合作伙伴一起，在用这种技术制造单原子量子比特上取得了突破性的成果，但这一新发现将加速我们在大型设备上的工作。”（编译:Qtech）