Introduzione

L'elaborazione di dati comparativi, che si basano su un'analisi di dati, è stata effettuata in modo significativo e in modo da consentire di individuare i risultati di un'analisi comparativa dei dati e delle informazioni.

Il ruolo dei Nanowires dei semiconduttori nella realizzazione del Qubit

I nanofili semiconduttori offrono una piattaforma versatile per diverse architetture di qubit. Il loro stretto rapporto tra sezione e superficie-volume consente una precisa accoppiamento elettrostatico, che è essenziale per definire punti quantici e controllare gli accoppiamenti del tunnel. Inoltre, la composizione materiale dei nanofili può essere variata lungo la loro lunghezza, creando eterostrutture che confinano i vettori in entrambe le dimensioni.

Qubit Host Architectures

  • I qubit di pin nei punti quantici:[ I punti quantici di Nanowire formati applicando tensioni agli elettrodi di cancello intrappolano singoli elettroni o buchi. Il grado di rotazione della libertà di un singolo vettore serve come qubit. Il lavoro recente utilizzando InAs nanowires ha raggiunto i tempi di coerenza di rotazione superiore a decine di microsecondi e singole fidelities di portello.
  • Qubit topologici (modifiche Majorana zero): Quando un nanofili con un forte accoppiamento a rotazione-orbit viene posizionato in prossimità di un superconduttore e sottoposto a un campo magnetico, gli stati di limite di Maiorca possono apparire alle estremità del filo. Questi eventuali non-abelici sono protetti contro la decoerenza locale, rendendoli promettenti per gli esperimenti primari di malto.
  • Cavallare qubit e qubits Gatemon:[ I nativi possono anche formare varianti di qubit superconduttivi come il gatemon, dove un incrocio di nanowire Josephson di semiconduzione fornisce la tunability tramite una tensione di cancello.

Vantaggi su altre piattaforme

Rispetto ai qubit superconduttori o agli ioni intrappolati, i qubit nanowire semiconduttori offrono diversi vantaggi unici. La loro dimensione consente una integrazione densa, potenzialmente milioni di qubit su un singolo chip. Poiché sono fabbricati utilizzando processi planari consolidati, possono sfruttare l’infrastruttura scalabile del settore semiconduttore di silicio. Inoltre, la capacità di progettare la struttura della banda nanowire e l’accoppiamento del manubrio tramite il supporto di rotazione.

Avanzamenti in Tecniche di fabbricazione

Negli ultimi cinque anni si sono verificati rapidi progressi nella crescita e nella lavorazione dei nanowire, diverse tecniche chiave hanno spinto i confini della qualità e della riproducibilità.

Molecolare Beam Epitaxy (MBE)

In questo metodo, i raggi di atomi elementari (ad esempio, indio, arsenico, antimonio) sono diretti a un substrato riscaldato sotto vuoto ultra-alto.

Crescita del vapor-liquid-solid (VLS)

Nel processo VLS-WL, un catalizzatore metallico goccia (spesso oro) è depositato su un substrato e riscaldato in un reattore con gas precursori. I precursori si dissolvono nella goccia liquida, e su supersaturatione, un solido nanowire precipita sotto la goccia.

Crescita selettiva dell'area (SAG)

SAGLT è un approccio alternativo che non richiede un catalizzatore. Una maschera (tipicamente SiO2 o SiN) è modellata sul substrato, e nanofili crescono solo nelle aperture esposte tramite epitassi di fase del vapore in metallo-organico (MOVPE).

Assemblea e sintesi chimica

Le tecniche di base utilizzano le reazioni chimiche in soluzione per crescere i nanofili senza catalizzatore. I nanofili colloidi possono essere prodotti in grandi quantità e poi assemblati su substrati tramite dielectrophoresis o metodi di Langmuir‐Blodgett. Sebbene il livello di cristallinità sia spesso inferiore a quello dei fili di origine epitassile, i recenti progressi nella sintesi colloidale dei nanofili CdTe e InP

Considerazioni materiali per coerenza quantistica

La scelta del materiale semiconduttore influisce fortemente sulle prestazioni del qubit. Le cifre chiave del merito includono l'efficace resistenza di accoppiamento del g‐factor, del spin-orbit, la massa efficace dell'elettrone e la densità di giri nucleari (che causano la defatazione dell'iperfine).

Semiconduttori III-V

I campi di adattamento di ampiezza di indio (InSb) sono i più estesi materiali di nanowire di grado III-V per il calcolo quantistico. Entrambi hanno piccole masse efficaci (0.023 m0 per InAs, 0,014 m0 per InSb), che portano a grandi spazi di sub-banda e forte confinamento.

Silicio e Germanio

Silicon e nanowires germanio integrano il vantaggio di un sistema materiale maturo e disordine senza giri nucleari negli isotopi più abbondanti (28Si, 70Ge) che elimina virtualmente la decoerenza iperfine, producendo qubit di spin-conformità con tempi di coerenza che superano i secondi in silicio isotopicamente purificato.

Superare le sfide: difetti, disordine e integrazione

Nonostante i progressi impressionanti, diversi ostacoli rimangono prima che i computer quantici basati su nanowire possano essere costruiti su scala.

Ridurre il rumore e le trappole di carica

In questi ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato processi di deposizione dielettrica ultra-pulizia che abbassano drasticamente il livello di rumore. Ad esempio, utilizzando un ossido cristallino (ad esempio, Al2O3 sviluppato dalla deposizione di strato atomico) su InAs nanowires ha ridotto la densità spettrale di rumore di carica a meno di 10−16

Nanowire Posizionamento e integrazione del circuito

La scalabilità richiede che i nanowires siano posizionati proprio su un chip con allineamento agli elettrodi prefabbricati delle porte e ai risonatori superconduttori.

Direzioni future: Citazioni Topologiche e Oltre

L'obiettivo più lontano della fabbricazione di nanowire semiconduttore è la realizzazione di qubit topologici che sono intrinsecamente protetti dalla decoerenza.

Oltre a Majoranas, vengono esplorate anche nanowire per operazioni di braiding utilizzando interferometria elettronica e per codificare qubit nella parità di due coppie di Maiorca separate dal punto di vista spaziale.

Altri percorsi emergenti includono l'uso di materiali bidimensionali come i dichalcogenides di transizione-metal (ad esempio, DelS2, WS2) come il materiale nanowire stesso (anche se tipicamente studiati come fiocchi, possono essere rotolati in nanotubi) o come un cancello dielettrico per nanofili. Inoltre, la combinazione di nanofilia lungo

Conclusioni

I sistemi di elaborazione dei semiconduttori hanno subito una rivoluzione nell’ultimo decennio, passando dagli esperimenti di elaborazione dei passi verso dispositivi che normalmente raggiungono i tempi di coerenza nella gamma dei microsecondi e nelle fidelities dei gate superiori al 99,9%.