מבוא

מחשוב קוונטי שואפת לנצל תופעות מכניות קוונטיות לביצוע חישובים מעבר להישג ידם של מכונות קלאסיות.אתגר מרכזי בבניית מחשב קוונטי מעשי בונה מהירויות יציבות, מדרגיות שניתן לייצרן עם טכניקות ייצור למחצה. Semiconductor nanowires - התקדמות חומרית גבוהה-aspect-ratio עם קוטרים מוקדמים מתחת ל -100 nbitm - התפתחה כפלטפורמת מובילה ליישום קואוביטציה קוונטית.

תפקיד Semiconductor ננווטים ב- Qubit Realization

Semiconductor nanowires לספק פלטפורמה תכליתית עבור מספר ארכיטקטורות qubit. שלהם חוצה שטח גבוה יחסי שטח-ל- כרכים לאפשר גלימה אלקטרוסטטית מדויקת, אשר חיוני להגדרת נקודות קוונטיות ושליטה הפיכה מנהרה. יתר על כן, את ההרכב החומרי של ננווטים יכול להיות מגוון לאורך אורך שלהם, יצירת מבנים כי הם מוגבל בשני ממדים זה איפשר ספיןביט, ריבועים, ריבועים, ריבועים העליון של ריבועים.

אדריכלות מארחת

  • (FLT:0Spin qubits in קוונטי dots:FLT:1 ננווט קוונטי dots שנוצרו על ידי החלת מתחים לאלקטרודות השער מלכודות אלקטרונים או חורים.הדרגה הספין של חופש של נושא אחד משמש כ-qubit. לאחרונה עבודה בשימוש ב-As ננוwires השיגה פיות העולה על עשרות מיקרו-שניות ושער יחיד-qubit מעל 99.9%.
  • (FLT:0) qubitological (Majorana אפס מודז): כאשר ננווט עם הפיכה חזקה ספינ-אוביט ממוקם קרבה על מוליכים סופר ו נתון לשדה מגנטי, מדינות גבול רבאנה יכול להופיע בפסקאות חוט.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ :0 ;0) ,(Charge qubits ו- Gatemon qubits: FLT:1 ננוwires יכול גם ליצור גרסאות על-ידי qubit כגון השערמון, שבו חצי-מוליכים ננווט ג'וזף ג'וזף צומת מספק טונה באמצעות מתח שער.

יתרונות בפלטפורמות אחרות

בהשוואה ל- qubits או ions לכודים, מוליכים למחצה nanowire qubits מציעים כמה יתרונות ייחודיים. הגודל שלהם מאפשר שילוב צפוף - באופן בלתי אפשרי מיליוני qubits על שבב יחיד. כי הם מרוקנים באמצעות תהליכים תוכניתיים מבוססים, הם יכולים למנף את התשתית הסקאפית של תעשיית המוליכים למחצה.

התקדמות בטכניקות של

בחמש השנים האחרונות, ראו התקדמות מהירה בצמיחה ננו-חוטית ובעיבוד.טכניקות מפתח רבות דחפו את גבולות האיכות וההפצה.

Molecular Beam Epitaxy (MBE)

(ב) הוא תקן הזהב של הגדלת טוהר III-VSee nanowires. בשיטה זו, ננומטרים של אטומים אלמנטריים (למשל, נתרן, ארסן, אנטי-מונומי) מכוונים למצע מחומם מתחת לאבק גבוה (למשל, חסימת פגזים) וטמפרטורה תת-קרקעית רחבה יותר, החוקרים יכולים לגדול ננו-מדומים עם ממשק פתאומי בין חומרים אטומיים ל-לימים (Flowdowreligate) להפחתה של 1Fercreprepreligtens) לטמפרטורה חלקית.

Vapor-Liquid-Solid (VLS) growth

בתהליך VLS, ירידה של זרז מתכת (לעתים קרובות זהב) מופקד על תת-קרקעית ומחמם בכור עם גזים מ-73.הבשרים מתמוססים לתוך הטיפה הנוזלית, ועל supersaturation, ננווט מוצק צופה מראשי השטח של ננו-F2 מאפשר שליטה מדויקת על ננו-ידי ננווט (התחילה בגודל) ו- (באמצעות זמן צמיחה).

פיתוח שטח (SAG)

( SAG היא גישה חלופית שאינה דורשת זרז.A מסכה (בדרך כלל SiO2 או SiN) מעוצבת על תת-התחסין, וננווטים גדלים רק בפתחים חשופים באמצעות שלב Vapor vapor ה- VPSG (MOVPE) מאפשר מיקום מדויק של ננו-wires בעמדות שנקבעו מראש, דרישה לשילוב בקנה מידה גבוה של צינורות אוויריים (FEEF) במיוחד כדי ליצור אינטגרציה אופטיקה (VG) אינטגרטיבית) באופן ספציפי עם תוצאות סטנדרטית (OCM).

האסיפה והסיינטזה הכימית

טכניקות ה-UP משתמשות לתגובות כימיות בפתרון כדי לגדול nanowires ללא זרז. nanowires קולואיד יכול להיות מיוצר בכמויות גדולות ולאחר מכן התאספו על תת-שכבות באמצעות dielectrophoresis או Langmuir-Bavatt שיטות, למרות שרמת גבישים מהירים עדיין לא משלבת שבבים גמישים עם חוטים מורכבים, לאחרונה התקדמות בסינתזה קולונואידית של שיטות CDTy ו-Bwires אלה לא ניתן לשלב שבבים גמישים עם מוליכים למחצה.

שיקולים חומריים עבור קוהרנטיות קוונטית

הבחירה של חומר מוליכים למחצה משפיעה מאוד על ביצועי ה-qubit. דמויות מפתח של ערך כוללות את כוח ה- g יעיל, כוח הפיכה ספינים ספין-אוביט, מסה יעילה אלקטרונים, ואת צפיפות הספין-אפים הגרעיניים (שגורם להפחתת יתרפין).

3V Semiconductors

(Insdium arsenide) ו- InSb (InSb) הם החומרים המובחנים ביותר של 3-V nanowire עבור מחשוב קוונטי (Insdium Antimonide) ו- Insdium Antimonide (InSb) הם בעלי מסה יעילה קטנה (023 m0 עבור InAs, 0.014 m0 עבור InSb), המוביל ל-H2 חומרים עמידים ו-Vcrevedowcrevedation חזקה.

סיליקון וגרמניה

ננווטים וסיליקון מציעים את היתרון של מערכת חומר בוגרת, נמוכה ללא ספינים גרעיניים ב-Sipopes (Si, 70Ge) זה כמעט מבטל את הדה-קוהרנטיות הספין-אפ, הניב ספין-ביטלס עם הפיכה חזקה של אתגרים על-ידי סיליקון אטומים, למרות שספין-אוביטלינג הוא חלש יותר מאשר חוקרים קוונטיים, בעיקר באמצעות סיליקון-או-אווירה-או-או-אווירה-אווירה.

אתגרים: Defects, הפרעות ואינטגרציה

למרות ההתקדמות המרשימה, כמה מהמכשולים נותרו לפני שניתן לבנות מחשבים קוונטיים מבוססי ננו-חוט.

הקטנת רעש ומלכודות

רעש חיוב ממלכודת פלוגות בפחמן או על פני השטח nanowire הוא אחד המקורות העיקריים של ניתוק. בשנים האחרונות, החוקרים פיתחו תהליכים אולטרה-נקיים של פיזור חשמלי כי באופן דרמטי את רמת הרעש. לדוגמה, באמצעות פגז גבישי (למשל, אלהרץ גדל על ידי שכבת אטומית) על ידי ננווטים הפחית את העומס באופן יעיל מתחת למתח רחב יותר (למשל, כמו אלקטרון) כלומר, כלומר, כלומר, לעומת 1-2 גרם להפחתה של זרם אלקטרו- 2 גרם נמוך יותר מאשר בטמפרטורה קבוע, לעומת זאת, לעומת 1/או 3.

מיקום ננווט ואינטגרציה מעגלית

סקלאה דורשת שננווטים להיות ממוקמים בדיוק על שבב עם היערכות לאלקטרודות שער מראש ומפקחים על מוליכים מחדש. SAG מטפל באופן חד-משמעי בבעיה זו, אבל שיטות אחרות מסתמכות על טכניקות העברה.לדוגמה, nanowire יחיד יכול להיות מורד מראש של פעילות nanowire-a-pate (מתאים ל-DN) באמצעות שבב עם דיוק תת-מיקרומטר.

כיוונים עתידיים: Qubits טופולוגי ומעבר

המטרה הנרחבת ביותר של ייצור nanowiredation למחצה היא מימוש של qubits טופולוגיים כי הם מוגנים באופן מהותי מ decoherence. Majorana גבולות (MBS) צפויים להתרחש nanowire עם הפיכה ספין-אוביטאלית חזקה כאשר ממוקם במגע עם מוליכים על גבי שדה מגנטי לאורך ציר, מאז ההצעה התיאורטית שלהם, מאות ניסויים קוונטית עם ספין-או-מחץ חזק יותר, עדיין יכול להיות משופר על פני הדבקה מלאה.

מעבר ל-Soveranas, ננווטים נחקרים גם על פעולות החרפות באמצעות אינטרפרומטריה אלקטרונית ו- qubits ⁇ בשוויון של שני זוגות רביאנה נפרדים מרחבית.זה ידרוש רשתות של ננווטים המחוברים במערךים -akin לגרסה קוונטית של מעגל קלאסי.

כיוונים מתעוררים אחרים כוללים את השימוש של FLT:0 ,2-ממדי חומרים ⁇ FLT (ה-1, כגון מעבר-metal dichalcogenides (למשל, MoS2, WS2) כחומר ננווט עצמו (למרות שבדרך כלל נחקר כ flakes, הם יכולים להיות התגלגלו לתוך ננו-tubes) או כאתר חשמלי עבור ננו-נו-חוטים קונבנציונליים, בנוסף, שילוב של ננו-מדומים עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה עם מוליכים למחצה של 20 מוליכים למחצה, אשר הובילו מוליכים למחצה, אשר הובילו ל- 1 ל- 10 מוליכים למחצה, אשר הובילו מוליכים למחצה, אשר הובילו ל- 1 ל- 1 ל- 2, אשר הובילו מוליכים למחצה, אשר הובילו מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, אשר הובילו מוליכים למחצה, 000 מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, אשר הובילו מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, עם מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, אשר הובילו מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, כולל מוליכים למחצה, 000

מסקנה

(המרקם ננו-חוטי עבר מהפכה בעשור האחרון, מעבר לניסויי הוכחה-של-תפיסת מכשירים שהשגתם באופן שגרתי את זמני ההנעה בטווח המיקרו-שני והשערים מעל 99.9%: MBE, VLS וטכניקות צמיחה SAG הפתוחות יכולות כעת לספק לנונווטים עם פגמים מינימליים, עתירות ומידות מבוקרות בדיוק.