Учёные из Национальной лаборатории Оук-Ридж при Министерстве энергетики США разработали новую технологию, которая может привести к созданию новых материалов для устройств, отвечающих критически важным потребностям в области квантовых вычислений и связи.

Эта технология, названная синтезоскопом, представляет собой усовершенствованный микроскопический инструмент, который объединяет синтез с передовой микроскопией. Синтезоскоп позволяет исследователям помещать различные атомы в материал в определённых местах, что может придать материалу новые свойства.

Художественная визуализация «письма» с использованием синтезатора ORNL, новой микроскопической техники, для непрерывного внедрения атомов олова в графен, открывая возможности для изготовления материалов атом за атомом.
Источник: Ondrej Dyck / ORNL, U.S. Dept. of Energy

По словам Стивена Джесси, материаловеда, который руководит этим исследованием, «работая на атомном уровне, мы также работаем на уровне, где квантовые свойства возникают и сохраняются естественным образом». Он добавил, что целью этой технологии является создание будущих устройств, которые полагаются на квантовые явления, такие как запутанность, для улучшения компьютеров, создания более безопасных коммуникаций и повышения чувствительности детекторов.

Исследователи используют сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (STEM) для манипуляции материалами атомного масштаба. Синтезоскоп продвинет уровень техники в производстве вплоть до уровня отдельных строительных блоков материалов.

По словам Ондржея Дика, учёного-материаловеда, участвующего в исследовании, «классические компьютеры используют биты, которые могут быть либо 0, либо 1. Квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут быть как 0, так и 1 одновременно, эта технология может быть использована для решения определённых задач гораздо быстрее, чем классические компьютеры».

Исследователи уже продемонстрировали метод, перемещая электронный луч вперёд и назад по решётке графена, создавая крошечные отверстия. Они вставляли атомы олова в эти отверстия и добились непрерывного, атом за атомом, прямого процесса записи.

По словам Джесси, «процессы синтеза в атомном масштабе могут стать рутиной при использовании относительно простых стратегий». Он добавил, что концепция синтезоскопа открывает окно в процессы атомного синтеза и уникальный подход к производству в атомном масштабе.

Эта технология может быть применена во многих будущих технологических приложениях в квантовой информатике и, в более широком смысле, в микроэлектронике и катализе, а также для более глубокого понимания процессов синтеза материалов.