拓扑量子计算组件、系统和方法技术方案

一种量子位装置包含固定于衬底上且与电极接触的晶体。所述晶体展现电荷对对称性，且电子电流在顺时针、逆时针或这两个方向上移动。输入的电流可置于叠加状态，其中所述电流在被测量之前是未知的，且测量所述电流的方向以产生对应于逻辑零或逻辑一的二元输出。通过测量电压、电流或磁场，以及取决于阈值指派叠加状态或基本状态，来监视所述量子位装置的状态。态。态。

Topological quantum computing components, systems and methods

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】拓扑量子计算组件、系统和方法
[0001]关于联邦政府资助的研究的陈述：
[0002]本专利技术是在政府支持下在由美国空军授予的合同编号FA9550
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0328和FA8649
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PA
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435以及由NASA授予的合同编号NNX16CJ30P和80NSSC18C0003下作出的。政府拥有本专利技术的某些权利。
[0003]相关申请：
[0004]本申请要求2019年10月21日提交的US 62/924,150的优先权。


[0005]本专利技术大体上涉及量子比特及量子计算系统和方法。更确切地说，本专利技术涉及拓扑量子比特(量子位)、包括量子位的量子寄存器，以及包括拓扑量子位的计算系统和方法。

技术介绍

[0006]量子计算是一个快速发展的领域，其中使用例如叠加和纠缠等量子力学现象来执行某些类型的计算。量子计算机电路基于量子比特(也被称为“量子位”或“qbit”)，其是量子计算机中的基本信息单位。量子位能够同时或在不同时间以两个状态0或1存在。多个量子位功能上耦合以形成量子寄存器，量子寄存器大致为经典处理器寄存器的量子模拟。量子逻辑门(或量子门)是包括少量量子位的基本量子电路，所述少量量子位可组合以形成较大量子计算电路。
[0007]为了使量子位稳定，有必要防止其受到可能中断量子状态的例如热噪声和电磁噪声等外部干扰。许多情况下需要接近绝对零度的低温来防止它们受到可能中断量子状态的外部干扰。量子计算的实施还受短相干时间或可针对现有量子位维持预备量子状态的时间长度限制。这至少部分是因为，当前量子计算技术是基于使无法直接耦合到电子组件的电子、光子或离子纠缠。
[0008]WO 2018/190919 A9描述复合半导体纳米粒子组合物和组合件，其展现热电性质的增强，包含电导率增加、泽贝克系数，以及热导率减小。复合纳米粒子组合物包括：半导体纳米粒子，其包含前面和背面以及在前面和背面之间延伸的侧壁；以及金属纳米粒子，其可结合到侧壁中的至少一个从而建立金属
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半导体结。半导体纳米粒子可包括例如硫化钼(MoS2)、碲化锑(Sb2Te3)或碲化铋(Bi2Te3)，且可展现双锥结构。金属纳米粒子可结合到半导体纳米粒子的一个或多个侧壁。合适的金属包含选自元素周期表的IVA
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VIIIA族和IB族的金属。在一个实例中，银纳米粒子结合到Sb2Te3纳米粒子的侧壁，其中界面过渡区包括Sb2Te3‑
Ag2Te
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Ag。

技术实现思路

[0009]本专利技术的实施例优选地试图通过提供一种量子位、一种量子位寄存器、一种量子计算机、一种制造量子位的方法、一种制造量子位寄存器的方法和一种制造量子计算机的方法来缓解、减轻或消除例如上文指出的此项技术中的一个或多个缺陷、缺点或问题(单独
或以任何组合的形式)。
[0010]专利技术人已经发现，WO 2018/190919 A9中所公开的类型的至少一些半导体纳米粒子可用于形成量子位，且包括纳米粒子的量子位可在比现有量子位高得多的温度下操作，对干扰不太敏感，并且相比于用于形成量子位的现有材料具有更长的相干时间。此外，可通过比现有量子计算机所需的测量手段更简单且便宜的手段来测量包括WO 2018/190919 A9中所公开的某些类型的半导体纳米粒子的量子位的状态。本文中所描述的量子位还可用作例如原子时钟、量子导航传感器、量子密钥分配系统和纠缠增强型显微镜的组件。量子位、寄存器和逻辑门的实施例可具有微米级大小，从而使制造和操作比现有量子位、寄存器和逻辑门更简单且便宜。此外，可通过比现有量子计算机所需的测量手段更简单且便宜的手段来测量量子位的状态。因此，本专利技术使量子计算能够为移动的，而不限于云。
[0011]在一个方面中，本专利技术提供一种量子位装置，其包括固定于衬底上的半导体纳米晶体，其中所述纳米晶体具有叠加状态或与纳米晶体相关联的电子流的基本状态。
[0012]在另一方面中，本专利技术提供一种包括多个量子位装置的寄存器。
[0013]在又一方面中，本专利技术提供一种用于监视包括手性纳米晶体的量子位装置的状态的方法。
[0014]在又一方面中，本专利技术提供一种用于形成包括半导体纳米晶体量子位的量子寄存器的方法。
附图说明
[0015]图式的元件未必相对于彼此按比例缩放，而是将重点放在清楚地示出本公开的原理上。相同的参考标号贯穿图式的若干视图表示相应部分，其中：
[0016]图1A是用于形成量子位的类型的过渡金属二硫族化物(TMD)纳米小片(nanoplatelet)(或纳米晶体)的俯视透射电子显微图；
[0017]图1B是具有沿着其中心平面结合到纳米粒子的边缘的银的纳米粒子的TMD纳米小片的俯视扫描电子显微图；
[0018]图1C展示金属纳米粒子和TMD纳米小片之间的界面的两个对比的按比例放大图像；
[0019]图2A
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2E展示TMD纳米小片和包括金属纳米粒子的TMD纳米小片的形成期间的事件的序列；
[0020]图3是展示量子位的一个实施例的基本结构的示意图；
[0021]图4是包括图1中展示的类型的纳米小片的量子位的照片；
[0022]图5是展示本专利技术的量子位上测得的电压的曲线图；
[0023]图6是展示纳米小片边缘的构型的组合式原子力和共焦显微镜(AFM/CFM)图；以及
[0024]图7是比较顶部和底部侧电流与散屑时间的曲线图。
具体实施方式
[0025]参考附图来描述本专利技术的特定实施例。然而，本专利技术可以按许多不同形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。实际上，提供这些实施例是为了使得本公开将是透彻且完整的，且这些实施例将把本专利技术的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在
图式中，相同的标号指代相同的元件。
[0026]除非另有规定，否则所有领域特定的术语既定具有其领域内接受的含义。除非另有规定，否则所有非领域特定的词汇既定具有其在其使用情境中普通的语义。
[0027]如本文中所使用，纳米粒子或纳米小片是具有长度小于1,000纳米或1微米的至少一个维度的粒子。
[0028]图1A和1B是手性、自组装双锥Sb2Te3过渡金属二硫族化物(TMD)纳米小片/纳米晶体(10)的俯视透射扫描电子显微图。图2A
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2E示出形成TMD纳米小片(10)的过程。纳米晶体(10)包括顶面或前面(11，图3)和背面或底面(12，图3)以及在其间延伸的侧壁(13)。可使用用于形成以引用的方式并入本文中的WO 2018/190919 A9中所公开的自组装纳米粒子的溶剂工程工艺，特别是用于形成MoS2、Sb2Te33和Bi2Te33自组装纳米粒子的方法，来产生纳米晶体(10)。在工艺期间，品格围绕中心轴线(14，图2A)形成，且形成在具有相反手性的相反方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子位装置，其包括：纳米晶体(10)，其固定于衬底(40)上；背电极(33)，其与所述纳米晶体(10)的底面(12)接触或并置；以及电子电流感测构件，其被配置成测量所述纳米晶体(10)中的电子电流其中：所述纳米晶体(10)具有与所述纳米晶体相关联的电子电流的叠加状态或基本状态；所述纳米晶体(10)包括电荷对对称性，且所述电子电流在顺时针、逆时针或这两个方向上在分隔所述纳米晶体的顶面和底面的惯习面(37)中移动；所述纳米晶体(10)中的电流可使用所述背电极(33)置于叠加状态，使得所述电子电流在其由所述电子电流感测构件测量之前是未知的；以及可由所述电子电流感测构件感测所述纳米晶体(10)中所述电子电流的所述方向以产生对应于逻辑零或逻辑一的二元输出。2.根据权利要求1所述的量子位装置，其中所述电子电流感测构件包括：第一电极(31)，其与所述纳米晶体(10)的顶面(11)上的第一位置接触或并置，以及第二电极(36)，其与所述纳米晶体(10)的顶面(11)上的第二位置接触或并置其中：所述第一和第二电极(31、36)被配置成感测所述电子电流的方向。3.根据权利要求1所述的量子位装置，其中所述纳米晶体包括过渡金属二硫族化物(TMD)。4.根据权利要求3所述的量子位，其进一步包括沿着所述纳米晶体(10)的中心外边缘(22)形成的金属掺杂剂纳米粒子(21)，其中所述金属选自由以下组成的群组...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：韦克森林大学，
类型：发明
国别省市：