케인 양자 컴퓨터

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케인 양자컴퓨터는 ^[1]1998년 당시 뉴사우스웨일스 대학에 있던 브루스 케인이 제안한 확장 가능한 양자컴퓨터의 제안입니다.종종 양자 점과 핵자기공명(NMR) 양자 컴퓨터 사이의 잡종으로 생각되는 케인 컴퓨터는 순수한 실리콘 격자에 내장된 개별 인 공여 원자의 배열에 기초합니다.공여자의 핵 스핀과 공여 전자의 스핀은 모두 계산에 참여합니다.

많은 양자 계산 체계와 달리, 케인 양자 컴퓨터는 원칙적으로 임의의 수의 큐비트까지 확장 가능합니다.이는 큐비트가 전기적 수단으로 개별적으로 처리될 수 있기 때문에 가능합니다.

묘사

원래 제안에서는 표면에서 약 20nm 아래에 20nm 간격으로 인 공여체를 배치해야 합니다.실리콘 위에 절연산화물층을 성장시킨다.금속 A 게이트는 각 공여체 위의 산화물 위에 퇴적되고 J 게이트는 인접한 공여체 사이에 퇴적됩니다.

인 공여체는 동위원소 순수 P로 핵 스핀이 1/2이다.실리콘 기판은 핵 스핀 0을 갖는 동위원소 순수 Si이다.큐비트를 부호화하는 방법으로서 P 공여자의 핵 스핀을 사용하는 것에는, 2개의 주요한 이점이 있습니다.첫째, 상태는 매우 긴 데코히렌스 시간을 가집니다(밀리켈빈 온도에서 약 10초¹⁸).둘째, 큐비트는 일반적인 NMR 제안과 같이 진동 자기장을 적용하여 조작할 수 있다.A 게이트의 전압을 변경함으로써 개별 기증자의 Larmor 주파수를 변경할 수 있습니다.이를 통해 특정 공여체를 적용된 진동 자기장과 공진시킴으로써 개별적으로 대응할 수 있습니다.

핵 스핀만으로는 20 nm 떨어진 다른 핵 스핀과 크게 상호작용하지 않는다.핵 스핀은 단일 비트 연산을 수행하는 데 유용하지만 양자 컴퓨터를 만들려면 2비트 연산이 필요합니다.이것이 이 디자인에서 전자 스핀의 역할입니다.A 게이트 제어 하에서 스핀은 핵에서 공여 전자로 전달됩니다.그런 다음 J 게이트에 전위가 적용되어 인접한 공여 전자를 공통 영역으로 끌어들여 인접한 스핀 간의 상호작용을 크게 향상시킨다.J게이트 전압을 제어함으로써 2비트 연산이 가능하다.

케인의 판독치 제안은 전자의 스핀 의존적 터널링을 장려하기 위해 전장을 적용하여 두 개의 중성 공여자를 D-D^– 상태⁺, 즉 두 개의 전자가 동일한 공여자와 결합하는 상태로 변환하는 것이었다.그런 다음 단일 전자 트랜지스터를 사용하여 전하 초과를 감지합니다.이 방법에는 크게 두 가지 어려움이 있습니다.첫째, D상태는^– 환경과의 결합성이 강하기 때문에 디코히렌스 시간이 짧다.두 번째로, 그리고 아마도 더 중요한 것은 D 상태가^– 판독을 할 수 있을 만큼 충분히 긴 수명을 가지고 있다는 것이 분명하지 않다는 것입니다. 즉, 전자가 전도 대역에 터널을 뚫는 것입니다.

발전

Kane의 제안 이후, Robert Clark와 현재 Michelle Simmons의 지도 아래,^[2] Kane 양자 컴퓨터의 실현을 추구하는 것은 호주에서 주요한 양자 컴퓨팅 노력이 되었습니다.이론가들은 독해력 개선을 위한 여러 가지 제안을 내놓았다.2003년 ^[3]주사터널링현미경(STM) 기술을 이용해 인 원자의 원자 정밀 증착이 실험적으로 이뤄졌다.작고 밀도가 높은 인 공여체 클러스터 간의 단일 전자 이동 검출도 달성되었습니다.이 그룹은 실용적인 대규모 양자 컴퓨터가 만들어질 수 있다는 낙관적인 전망을 계속하고 있다.다른 단체들은 그 생각이 ^[4]수정될 필요가 있다고 믿는다.

2020년 Andrea Morello와 다른 사람들은 실리콘에 내장된 안티몬 핵(8개의 스핀 상태)이 자기장이 ^[5]아닌 전기장을 사용하여 제어될 수 있다는 것을 증명했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 스핀 큐비트 양자 컴퓨터
• 핵자기공명 양자계산기

레퍼런스