Квантовий регістр в каналі транзистора

Серед різноманітних конструкцій квантових комп’ютерів найбільшу довіру викликають ті, які спираються на технологічні досягнення сучасної наноелектроніки. Співробітники Фізико-технологічного інституту РАН (ФТІ РАН) виготовляють самі передові кремнієві польові транзистори, у яких тонкий кремнієвий нелегований канал огинається затвором. Саме з такою конструкцією транзисторів Міжнародна карта з напівпровідників (ITRS) пов’язує розвиток кремнієвої електроніки аж до 2026 р., коли повинен бути досягнутий розмір 6 нм.

Нещодавно в ФТІ РАН запропонована нова конструкція квантового регістра, дуже схожа на польовий транзистор, тільки з великою кількістю окремих затворів (див. рис.). Таким чином, представлений квантовий комп’ютер може стати природним продовженням розвитку технології великих інтегральних схем.

Взагалі, ця ідея має давню передісторію. У 2000 р. [1] було запропоновано використовувати в якості зарядових кубітів стану електрона в подвійних квантових точках – це дві туннельно пов’язані точки. Два нижніх енергетичних стану в них (симетричне і антисимметричное) можуть мати дуже малий енергетичний зазор, що значно пригнічує процеси релаксації на акустичних фононах, всупереч інтуїтивним очікуванням. У зарядових кубітів є безсумнівні достоїнства і неминучі недоліки. Ними легко керувати, прикладаючи напруга на затвори. Однак неустранимое кулонівська взаємодія між кубітами та вплив поляризації середовища перешкоджає нормальній роботі. Щоб подолати ці труднощі, була запропонована оригінальна конструкція квантового регістра на просторових станах електронів, але без переміщення заряду [2]. У процесі роботи комп’ютера на кожну квантову точку припадає в середньому точно половина електрона. Доведено можливість проведення всіх квантових операцій, необхідних для роботи універсального квантового комп’ютера.

Конструкція квантового регістра в каналі польового транзистора: Т-затвори керують тунельної зв’язком між точками, Е-затвори керують обмінною взаємодією електронів, D-затвори керують енергією квантових точок.

 

 

Перевагою цього комп’ютера є також можливість проведення вимірювання кінцевих станів кубітів, які тепер вже повинні знаходитися в зарядових станах. Для цього треба встановити, присутня або відсутня електрон певною квантовій точці. Виявилося, що таке вимірювання можна здійснити шляхом пропускання струму по каналу і створення умов кулонівському блокади струму, якщо в вимірюваної квантовій точці є один додатковий електрон [3].

Конструкція має кілька варіантів розвитку, крім описаного вище. Наприклад, комп’ютер може працювати і на спінових станах електронів у квантових точках. Тоді для вимірювання стану кубітів можна використовувати режим спінової блокади струму. Більш того, при приміщенні структури в оптичний резонатор виникає можливість управління станом кубітів з допомогою фотонів [4].

Робота над розглянутої конструкцією квантового транзистора буде мати і практичний вихід для розвитку елементів класичного комп’ютера. Оскільки в цій структурі відбувається управління туннелированием електронів, що вона є, по суті, тунельним транзистором, а в ньому бачиться майбутнє кремнієвих схем і після 2026 р.

1. L. Fedichkin et al., Quantum Computers and Computing 1, 58 (2000),arXiv:quant-ph/0006097.

2. V. Vyurkov et al., Phys. Lett. A 374, 3285 (2010).

3. V. Vyurkov et al., SISC’2013, Washington, USA, Book of Abstracts.

4. L. Openov, Phys. Rev. B 60, 8798 (1999).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *