用于初始化量子点的部件制造技术

本发明专利技术涉及用于初始化量子位的量子力学状态的电子部件(10)，所述电子部件由具有栅电极组件(16,18)的半导体部件或类半导体结构形成。本发明专利技术还涉及用于这种电子部件(10)的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于初始化量子点的部件


[0001]本专利技术涉及一种用于初始化量子位的量子力学状态的电子部件，该电子部件由半导体部件或具有栅电极组件的类半导体结构形成。
[0002]此外，本专利技术涉及一种用于这种电子部件的方法。

技术介绍

[0003]传统计算机使用带有集成电路的半导体构件工作。这些电路始终在基于逻辑“0”或“1”(即开关“开”或“关”)的系统的情况下工作。在半导体存储器的情况下，这通过以下方式实现，即，电位要么高于要么低于阈值。这两种状态构成了计算机中的最小单位，并且称为“比特”。
[0004]这些半导体构件通常由掺杂的硅元素组成以实现电路。那么例如，晶体管电路可以布置在这样的半导体构件中并且相联以形成逻辑电路。由于不断改进的化学和物理制造工艺，这些半导体构件在此期间能以越来越极限的紧凑性生产。然而，这种紧凑性正在达到其物理极限。电路的密度和温度通常都会导致在这种半导体构件中出现问题。因此尤其是，还可以通过更多的层模型、更高的开关节拍或还有在半导体材料的选择时来实现优化。然而，对于许多应用来说，例如在密码技术或计算天气或气候模型时，由于数据量巨大，计算能力通常是不够的。
[0005]为了显著提高计算能力，针对所谓的量子计算机的模型早已为人所知。然而，从技术上讲，由于各种原因，量子计算机迄今尚未实现。量子计算机的模型设置成：利用粒子(例如电子)的量子力学状态。在此，具有两个状态作为用于存储信息的最小单位的量子力学体系称为“量子位(Qubit)”。量子位例如通过量子力学状态“向上”自旋和“向下”自旋来定义。
[0006]无论相应选择何种材料体系，电子自旋量子位的原理始终相同。在此，半导体异质结构用作基底。半导体异质结构包含二维电子气(2DEG)。半导体异质结构是在彼此之上生长的具有不同成分的半导体单晶层。这些层结构在其电子和光学特性方面提供了许多技术相关的量子化效应。因此它们特别适用于微电子部件的制造。目前用于制造半导体异质结构的最重要的材料组合是GaAs/AlGaAs体系。
[0007]半导体异质结构在此在不同材料的界面上形成所谓的量子薄膜。所述量子薄膜尤其是由于两种材料中不同的能量比而出现。由此预设的能量分布导致来自周围环境的电荷载体聚集在量子薄膜中。在那里，电荷载体在其运动自由度方面很大程度地局限于所述层，并形成二维电子气(2DEG)。
[0008]纳米材料结构称为量子点。半导体材料特别适合于此。电荷载体(不仅电子而且还有空穴)在一量子点中在其可运动性方面如此程度地受到限制，使得其能量不再能够具有连续值，而始终只能还具有离散值。二维电子气(2DEG)内的势景观借助施加到部件表面上的纳米级栅电极(所谓的栅极)形成，从而可以将单个电子捕获在量子点中。然后这些电子的自旋用作形成逻辑量子位的基础。
[0009]借助外部磁场，电子态可以关于它们的自旋态(塞曼效应)进行分裂，并且因此可
以单独处理。然后这些电子的自旋用作本征态的基础，以便形成逻辑量子位。此外，由于量子力学效应，也可以实现这两种本征态的叠加态。
[0010]从US2017/0317203A1已知一种量子点装置，其包括至少三个传导层和至少两个绝缘层。在此，这三个传导层彼此电绝缘。在那描述了：一传导层由与相应其它两个传导层不同的材料组成。例如，传导层可以完全和/或部分地由铝、金、铜或多晶硅组成。而绝缘层例如由氧化硅、氮化硅和/或氧化铝组成。在此，传导层和绝缘层之间的连接尤其是引起：在使用电压脉冲的情况下使单个电子穿过装置的量子点。
[0011]在该量子点装置中，电子被准捕获在势阱(Potentialmulde)中。在此，电子通过量子力学隧穿从量子点运动到量子点。当电子在较长距离上运动时，这可能导致有关量子力学状态的信息内容不准确或失真。
[0012]WO2017/020095A1公开了一种可扩展的架构，其针对用于执行量子处理的处理设备。该架构基于全硅CMOS制造技术。基于晶体管的控制电路与无电势的门一起使用，以运行二维量子位阵列。量子位由包括在量子点中的单个电子的自旋态定义。在此描述了更高的层次，即如何可以例如通过晶体管等而电操控单个量子位，包括量子位操作和读出。尽管有讨论到“可扩展架构”，但所示的阵列不允许任何真正的扩展，即尤其是低温电子设备的集成，因为不能在量子位之间创造空间。
[0013]US8,164,082B2描述了一种自旋总线量子计算机架构，其包括自旋总线，该自旋总线由多个强耦合且始终基于量子位的量子位组成，其定义了自旋量子位链。大量携带信息的量子位布置在自旋总线的量子位旁边。电极形成于携带信息的量子位和自旋总线量子位，以实现控制量子位之间的耦合的建立和断开，从而实现控制每个携带信息的量子位和相邻的自旋总线量子位之间的耦合的建立和断开。自旋总线架构实现在长距离上快速且可靠地耦合量子位。
[0014]在EP3016035B1中描述了一种处理装置和用于运行该处理装置的方法，尤其是，但不排他地，该专利技术涉及一种可控制以执行绝热量子计算的量子处理装置。
[0015]为此，量子处理器具有以下特征：多个量子位元和具有多个控制构件的控制结构，其中，每个控制构件布置为用于控制多个量子位元。控制结构是可控制的，以在使用量子位元的情况下执行量子计算，其中，量子位元的量子状态在一个或多个施主原子(Donatoratome)的核自旋或电子自旋中被编码。施主原子布置在嵌入半导体结构中的平面中。在此，第一集合的施主原子如此布置以便用于对与量子计算相关的量子信息进行编码。
[0016]第二集合的施主原子如此布置，使得所述第二集合的施主原子实现在第一集合的施主原子中的一个或多个施主原子之间的电磁耦合。第一集合的施主原子以二维矩阵布置结构布置。多个控制构件具有第一集合的细长控制构件，其布置在包含施主原子的平面上方的第一平面中。设置有第二集合的细长的控制构件，其布置在具有施主原子的平面下方的第二平面中。
[0017]为了实现通用量子计算机，必须实现量子位在至少几微米的距离上耦合，以便尤其是为本地控制电子设备提供空间。必须设置有如下结构和结构元件，所述结构和结构元件可实现将量子点运送到不同目的地，以便能够建立逻辑电路。在现有技术中已经有一些方法，在所述方法中，一维或二维阵列由单独的量子点构成，然后电子可以运送通过这些量子点。由于需要非常大数量的栅电极以及由此要设定的电压，借助这种方法，在没有很大的
耗费的情况下或甚至根本无法实现在几微米上的耦合。
[0018]在单个量子位上的操作已经可以在令人满意的程度下控制和评估，而将量子位互连成逻辑电路可能是一个核心的且未解决的问题，以便能够实现通用量子计算机。必须存在能限定的量子力学状态，以便能够完成实现这样的逻辑电路。

技术实现思路

[0019]因此，本专利技术的任务是消除现有技术的缺点并创造一种电子部件，该电子部件允许利用量子点实现逻辑电路，其中，应建立用于初始化例如一个量子位的量子力学状态。
[0020]根据本专利技术，该任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于初始化量子位的量子力学状态的电子部件(10)，所述电子部件由具有栅电极组件(16,18)的半导体部件或类半导体结构形成，所述电子部件包括：a)具有二维电子气或电子空穴气的基底(12)；b)用于将所述栅电极组件(16,18)与电压源连接的电接触部；c)具有栅电极(20,22,36,38,40,42,44)的栅电极组件(16,18)，所述栅电极组件布置在所述电子部件(10)的面(14)上以在所述基底(12)中产生势阱(30,34)；d)贮存器(49)，所述贮存器设置作为用于电荷载体(48)的施主；e)栅电极组件(16,18)的栅电极(20,22,36,38,40,42,44)具有平行伸延的电极指(26,28,37,39,41,43,45)，其中i.所述基底(12)中的第一栅电极组件(18)的栅电极(36,38,40,42,44)形成静态双势阱(34)，或所述基底(12)中的第一栅电极组件(18)中的栅电极(36,40,42)形成静态势阱(70)，在所述静态双势阱中或在所述静态势阱中，电荷载体(48)从所述贮存器(49)被引入到所述量子点(50,54)中；ii.第二栅电极组件(16)的栅电极(20,22)形成在所述基底(12)中能运动的势阱(30)，其中，电荷载体(50)能在其量子力学状态下借助所述势阱(30)平移；f)用于将两个电荷载体(48)从所述贮存器(49)转移到所述静态势阱(34,46,70)中的器件；g)用于所述量子点(48,50,54)的定向或分裂的激励器(51)；h)用于将电荷载体从所述静态势阱(34,52,70)转移到能运动的所述势阱(30)的器件。2.根据权利要求1所述的电子部件(10)，其特征在于，所述激励器(51)构造为磁体，所述磁体产生梯度磁场以用于初始化所述势阱(34,70)中的两个量子点(32,50,54)中的量子力学状态。3.根据权利要求1或2中的一项所述的电子部件(10)，其特征在于，所述第一栅电极组件(18)的栅电极(36,38,40,42,44)构造静态双势阱(34)，其中，设置有用于将量子点从所述双势阱(34)的一静态势阱(46)平移到下一个静态势阱(52)中的器件。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子部件(10)，其特征在于，用于运动的所述势阱(30)的栅电极组件(16)由两个平行的栅电极(20,22)组成，所述栅电极形成通道状的结构。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子部件(10)，其特征在于，所述电子部件的基底(12)包含砷化镓(GaA...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：