Introducción

Los equipos de cómputo cuántico se utilizan para la creación de un equipo de cómputo estable, que se puede fabricar con métodos de fabricación semiconductores de cómputo, y que se pueden fabricar con métodos de fabricación semiconductores de cómputo.

El papel de las Nanowires semiconductoras en la realización de Qubit

Los nanowires semiconductores proporcionan una plataforma versátil para varias arquitecturas de qubit. Su estrecha relación de sección transversal y alta relación superficie-volumen permiten un cálculo electrostático preciso, que es esencial para definir puntos cuánticos y acoplamientos de túneles control. Además, la composición material de los nanowires puede ser variada a lo largo de su longitud, creando heteroestructuras que confinan los portadores en ambas dimensiones.

Arquitecturas de Host Qubit

  • ]Cinco codos en puntos cuánticos: Puntos cuánticos Nanowire formados aplicando voltajes a electrodos de portón trampa electrones o agujeros individuales. El grado de giro de la libertad de un solo portaaviones sirve como codo. Trabajo reciente utilizando nanowires InAs ha logrado tiempos de coherencia de giro superiores a diez de microsegundos y fidelidad de una sola codos.
  • ]Cubitos geológicos (Modos Májorana cero): Cuando un nanoaguillo con fuerte acoplamiento de giro-orbit se coloca cerca de un superconductor y se somete a un campo magnético, los estados con límites de Mallorca pueden aparecer en los extremos del alambre. Estos acervos no abelianos están protegidos contra la decoherencia local, haciéndolos prometedores para los materiales primarios.
  • Cordos de corte y codos de gatemon: Los nanowires también pueden formar variantes de codo superconductores como el gatemon, donde una unión de nano alambre Josephson semiconducta proporciona la tunabilidad a través de un voltaje de puerta.

Ventajas sobre otras plataformas

Comparado con los codos superconductores o iones atrapados, los codos semiconductores de nano alambre ofrecen varios beneficios únicos. Su tamaño permite una integración densa –potencialmente millones de codos en un solo chip. Debido a que se fabrican utilizando procesos de planeamiento establecidos, pueden aprovechar la infraestructura escalable de la industria de semiconductores de silicio. Además, la capacidad de diseñar la estructura de banda de nanowire y el acopla

Avances en técnicas de fabricación

Los últimos cinco años han experimentado un rápido progreso en el crecimiento y procesamiento de nanowire. Varias técnicas clave han empujado los límites de la calidad y la reproducibilidad.

Epitaxy de haz molecular (MBE)

MBE es el estándar de oro para el crecimiento de nanowis de alta pureza III-V. En este método, los rayos de átomos elementales (por ejemplo, indio, arsénico, antimonio) se dirigen a un sustrato calentado bajo ultra-alta vacío. Al controlar las relaciones de flujo y temperatura de sustrato, los investigadores pueden producir nanowires sin defecto con interfaces atomically abruptos entre los materiales.

Crecimiento Vapor‐Liquid‐Solid (VLS)

En el proceso VLS, un gotero de catalizador de metal (a menudo oro) se deposita en un sustrato y se calienta en un reactor con gases precursores. Los precursores se disuelven en el gotero líquido y sobre la supersaturación, un nanowiretech sólido precipita bajo el gotero.

Crecimiento de área selectiva (SAG)

SAG es un enfoque alternativo que no requiere un catalizador. Una máscara (típicamente SiO2 o SiN) está estampada en el sustrato, y los nanowires crecen sólo en las aberturas expuestas a través de la fase de vapor metal-orgánica epitaxy (MOVPE). SAG permite la colocación precisa de nanowiuts en posiciones predeterminadas, un requisito para la integración de escalada.

Asamblea y síntesis química

Los nanowis de alta calidad pueden producirse en grandes cantidades y luego montarse en sustratos mediante métodos de subido de Langmuir‐Blodgett. Aunque el nivel de cristalización es a menudo inferior a los alambres de cultivo epitaxial, los avances recientes en la síntesis de substratos

Consideraciones materiales para la coherencia cuántica

La elección de material semiconductor impacta fuertemente el rendimiento de los qubits. Las cifras clave del mérito incluyen el efecto g-factor, la fuerza de acoplamiento de espina dorsal, la masa efectiva de electrones y la densidad de los giros nucleares (que causan el desfase hiperfinante).

III‐V semiconductores

El arsenida indio (As) y el antimonio indio (InSb) son los materiales de nanoaurícula de 3 a 25 grados más estudiados para la computación cuántica. Ambos tienen pequeñas masas eficaces (0,023 m0 para InAs, 0,014 m0 para InSb), lo que conduce a grandes espaciamientos de subbanda y fuerte confinamiento.

Silicona y Germanio

Los nanosherramientas de silicona ofrecen la ventaja de un sistema de material maduro y de baja distancia sin giros nucleares en los isótopos más abundantes (28Si, 70Ge). Esto elimina virtualmente la decoherencia hiperfina, dando vueltas cubitos con coherencia en tiempos superiores a segundos en silicio purificado isótopos.

Superando los desafíos: defectos, desorden e integración

A pesar de los impresionantes progresos, varios obstáculos permanecen antes de que se puedan construir a escala computadoras cuánticas basadas en nanowire.

Reduciendo el ruido de la carga y los trapos

El ruido de carga de defectos fluctuantes en el óxido o en la superficie de nano alambre es una de las fuentes de decoherencia primaria. En los últimos años, los investigadores han desarrollado procesos de deposición dielectrónica ultra-limpiables que disminuyen drásticamente el nivel de ruido. Por ejemplo, usando un óxido cristalino (por ejemplo, Al2O3 cultivado por la deposición de capa atómica) en As nanowires ha reducido el cribado de ruido constante

Nanowire Placement e Integración de Circuitos

El sistema de control de la barra de luz se coloca en un sistema de control de la barra de nanosonidos (por ejemplo, un único nanosonda) en un substrato de crecimiento mediante un micromanipulador y se coloca en un chip de referencia con precisión de submicrometer.

Futuros Direcciones: Codos Topológicos y Más Allá

El objetivo más amplio de la fabricación de nano alambres de semiconductores es la realización de codos topográficos topográficos intrínsecamente protegidos de la decoherencia. Los estados ligados de Mallorca (MBS) se prevén en un nanocrédito con un fuerte acoplamiento de espinismo cuando se ponen en contacto con un superconductor de onda y un campo magnético a lo largo del eje de alambre.

Más allá de Mallorca, se están explorando nanowires para operaciones de trenzado utilizando interferometría electrónica y para codificar qubits en la paridad de dos pares de Majorana espacialmente separados. Esto requeriría redes de nanowires conectados en arrays, similar a una versión cuántica de un circuito clásico. La fabricación de estas geometrías complejas está en marcha utilizando la litografía de SAG y electrones-beam para crear ytum

Otras direcciones emergentes incluyen el uso de materiales de dos dimensiones como el propio material de transpiración de nano hilos (aunque normalmente estudiado como copos, pueden ser rodados en nanotubos) o como un compás de superaducto convencional.

Conclusión

El sistema de medición de la nanoconceptibilidad se ha convertido en una revolución durante la última década, pasando de experimentos de prueba a dispositivos que habitualmente logran tiempos de coherencia en la gama de microsegundos y fidelidades de puerta por encima del 99,9%.