 | В этой статье слишком много ссылок на первоисточники . ( Октябрь 2015 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Квантовый компьютер Кейна - это предложение масштабируемого квантового компьютера, предложенное Брюсом Кейном в 1998 году [1], который тогда работал в Университете Нового Южного Уэльса . Компьютер Кейна, который часто называют гибридом квантовых компьютеров с квантовыми точками и ядерным магнитным резонансом (ЯМР), основан на массиве отдельных атомов-доноров фосфора, встроенных в решетку чистого кремния . В вычислениях участвуют как ядерные спины доноров, так и спины донорных электронов .
В отличие от многих схем квантовых вычислений, квантовый компьютер Кейна в принципе масштабируется до произвольного числа кубитов. Это возможно, потому что кубиты могут обрабатываться индивидуально с помощью электрических средств.
Описание [ править ]
Первоначальное предложение требует размещения доноров фосфора в виде массива с интервалом 20 нм , примерно на 20 нм ниже поверхности. Поверх кремния выращивают изолирующий оксидный слой. Затворы металла А нанесены на оксид над каждым донором, а затворы J между соседними донорами.
Доноры фосфора представляют собой изотопно чистый 31 P, ядерный спин которого равен 1/2. Кремниевая подложка представляет собой изотопически чистый 28 Si, имеющий ядерный спин 0. Использование ядерного спина P-доноров в качестве метода кодирования кубитов имеет два основных преимущества. Во-первых, состояние имеет чрезвычайно длительное время декогеренции , возможно, порядка 10 18 секунд при милликельвиновых температурах. Во-вторых, кубитами можно манипулировать, применяя осциллирующее магнитное поле , как в типичных предложениях ЯМР. Изменяя напряжение на вентилях A, должно быть возможно изменить частоту Лармора.индивидуальных доноров. Это позволяет решать их индивидуально, приводя конкретные доноры в резонанс с приложенным осциллирующим магнитным полем.
Сами по себе ядерные спины не будут существенно взаимодействовать с другими ядерными спинами на расстоянии 20 нм. Ядерное вращение полезно для выполнения операций с одним кубитом, но для создания квантового компьютера также требуются операции с двумя кубитами. В этом роль электронного спина в этой конструкции. Под управлением A-затвора спин передается от ядра к электрону-донору. Затем к J-затвору прикладывается потенциал, втягивая соседние донорные электроны в общую область, значительно усиливая взаимодействие между соседними спинами. Управляя напряжением J-затвора, возможны двухкубитные операции.
Предложение Кейна по считыванию состояло в том, чтобы приложить электрическое поле, чтобы стимулировать спин-зависимое туннелирование электрона, чтобы преобразовать два нейтральных донора в состояние D + –D - , то есть такое, в котором два электрона вращаются вокруг одного и того же донора. Избыток заряда затем обнаруживается с помощью одноэлектронного транзистора . У этого метода есть две основные трудности. Во - первых, D - состояние имеет сильную связь с окружающей средой и , следовательно , короткое время декогеренции. Во-вторых, что, возможно, более важно, неясно, имеет ли D - состояние достаточно долгое время жизни для считывания - электроны туннелируют в зону проводимости .
Развитие [ править ]
После предложения Кейна, под руководством Роберта Кларка, а теперь и Мишель Симмонс , реализация квантового компьютера Кейна стала основным направлением в области квантовых вычислений в Австралии . [2] Теоретики выдвинули ряд предложений по улучшению считывания. Экспериментально осаждение атомов фосфора с атомной точностью было достигнуто с использованием техники сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) в 2003 году. [3] Также было достигнуто обнаружение движения отдельных электронов между небольшими плотными кластерами доноров фосфора. Группа сохраняет оптимизм в отношении того, что можно построить практический крупномасштабный квантовый компьютер. Другие группы считают, что идею нужно изменить.[4]
В 2020 году Андреа Морелло и другие продемонстрировали, что ядром сурьмы (с восемью спиновыми состояниями), встроенным в кремний, можно управлять с помощью электрического поля, а не магнитного поля. [5]
См. Также [ править ]
- Спин-кубит квантовый компьютер
- Квантовый компьютер ядерного магнитного резонанса
Ссылки [ править ]
- ^ Кейн, BE (1998) " Кремниевая на основе спин ядра квантовый компьютер ", Nature , 393 , p133
- ^ Центр квантовых вычислений и коммуникационных технологий
- ^ Скофилд, С. Р. Атомарно точное размещение отдельных примесей в Si. arXiv : cond-mat / 0307599 2003
- ^ О'Горман, Дж. Квантовый компьютер с поверхностным кодом на основе кремния. arXiv : 1406.5149 2014
- ↑ Чо, Адриан (11 марта 2020 г.). «Случайное открытие приближает квантовые вычисления с использованием стандартных микрочипов» . Наука | AAAS . Проверено 13 марта 2020 .
| vтеКвантовая информатика | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Общий |
| ||||||||
| Теоремы |
| ||||||||
| Квантовая коммуникация |
| ||||||||
| Квантовые алгоритмы |
| ||||||||
| Квантовая теория сложности |
| ||||||||
| Квантовые вычислительные модели |
| ||||||||
| Квантовая коррекция ошибок |
| ||||||||
| Физические реализации |
| ||||||||
| Программного обеспечения |
| ||||||||
| |||||||||
Темы квантовой механики