基于第四族元素基底的基于缺陷中心的量子计算机的概念制造技术

本发明专利技术涉及具有量子点(NV)的量子比特(QUB)和具有至少一个核量子点的核量子比特，该量子点可以特别是NV中心，该核量子点通常是受核自旋影响的同位素。这些包括用于控制量子点(NV)的特定装置。由此组合，本发明专利技术包括至少两个量子比特的量子寄存器、至少两个核量子比特的核量子寄存器、一个量子比特和一个核量子比特的核

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】single nitrogen
‑
vacancy centers in diamond(金刚石中单个氮空位中心的光电成像和自旋相干态读出)”，科学杂志2019年2月15日，363卷，6428期，728
‑
731页，DOI：10.1126/science.aav2789，已知NV中心自旋态的电子读出。
[0007]由Timothy J.Proctor、Erika Andersson、Viv Kendon等人的文章“Universal quantum computation by the unitary control of ancilla qubits and using a fixed ancilla
‑
register interaction(通过附属量子比特的同一控制和使用固定附属寄存器相互作用的通用量子计算)”，物理评论(Phys.Rev.)A 88，042330
‑
2013年10月24日，已知一种使用所谓的附属量子比特来使用附属位以使第一核自旋与第二核自旋纠缠的方法。
[0008]上述著作均未公开基于晶体中的杂质的量子计算机或量子计算系统的完整方案。

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]本文中公开的本专利技术旨在提供一种量子计算机的设计、生产和操作方案，该量子计算机有可能在室温下，特别是在使用NV中心的情况下运行。
[0011]当然，这种量子计算机也能够在低至接近绝对零度的低温下运行。
[0012]解决技术问题的技术方案
[0013]以下技术教益是结合基于金刚石的量子计算机中的NV中心的设计而开发的。NV中心是金刚石晶格的氮空位缺陷中心。人们认识到，这些原理可以扩展到VI主族的混合晶体和元素纯晶体。本文描述了基于金刚石的系统、基于硅的系统、基于碳化硅的系统和基于具有周期表的第四主族的一种、两种、三种或四种不同元素的所述混合系统的系统的示例性特征。基于金刚石中的NV中心的解决方案处于最显著的位置，因为在这方面的发展进展最大。
[0014]根据本专利技术的量子比特
[0015]核心思想
[0016]根据本专利技术的方案的核心思想是量子比特(QUB)，其包括用于控制量子点(NV)的特别有效的且例如借助于电子束光刻(e
‑
beam lithography)相对容易实现的设备。特别优选地，量子点(NV)是晶体(其原子优选地不具有磁矩)中的点状晶格缺陷。优选地，晶体的材料是宽带隙材料以最小化声子与量子点(NV)的耦合。特别优选使用金刚石中的例如NV中心或ST1中心或L2中心等杂质中心作为基底(substrate)(D)的材料或例如硅中的G中心等其它材料中的另一杂质中心作为基底(D)的材料，特别是使用G11中心作为量子点(NV)。在金刚石中的杂质中心的情况下，NV中心是为此而最知名和被研究最多的杂质中心。在硅作为基底(D)的情况下，G中心是最知名的中心。参见A.M.Tyryshkin、S.Tojo、J.J.L.Morton、H.Riemann、N.V.Abrosimov、P.Becker、H.
‑
J.Pohl、Th.Schenkel、Mi.L.W.Thewalt、K.M.Itoh、S.A.Lyon等人的文章“Electron spin coherence exceeding seconds in high
‑
purity silicon(高纯度硅中的超过数秒的电子自旋相干)”NatureMat.11，143(2012年)。在碳化硅的情况下，V
‑
中心以及事实上优选的V
Si
杂质特别适合作为杂质中心。参见公开的Stefania Castelletto和Alberto Boretti等人的“Silicon carbide colorcenters for quantum applications(用于量子应用的碳化硅色心)”，2020年J.Phys.Photonics2 022001。此外，可以想到使用作为量子点的其它顺磁中心。例如，金刚石中的NV中心或SiV中
心或GeV中心也可以用作基底(D)中的量子点(NV)。关于金刚石中的顺磁中心，这里参见Alexander Zaitsev的书籍“金刚石的光学特性”，施普林格(Springer)，版本：2001年(2001年6月20日)。可以使用其它材料代替硅或金刚石。特别优选的是半导体材料。特别优选的是具有较大带隙的所谓宽带隙材料，因为这使得晶格的声子与干扰位点的电子构型之间的耦合更加困难。这种材料例如是BN、GaN、SiC、SiGe，这里没有给出完整列表。然而，也可以考虑GaAs。III/V和II/VI族混合晶体也是可能的。
[0017]这里的研究进展很快，因此未来肯定会在这方面开发出具有其它顺磁干扰中心的其它基底(D)。这将被本文所要求保护的技术教示涵盖。
[0018]外延层以及核磁动量(nucleus magnetic momentum)自由度
[0019]所提出的量子比特(QUB)通常包括优选地设置有外延层(DEPI)的基底(D)。在本公开的稍后部分，另外说明了具有借助于核磁动量相互作用的核量子点(CI)的类似地构造的核量子比特(CQUB)。优选地，外延层(DEPI)或者甚至整个基底(D)由同位素混合物制成，其中该同位素混合物的单个同位素优选地不具有磁矩。在金刚石作为基底(D)的情况下，
12
C碳同位素因为不具有磁矩而特别适于生产外延层(DEPI)和/或基底(D)。在硅作为基底(D)的材料的情况下，硅同位素
28
Si特别适于制造外延层(DEPI)和/或基底(D)，因为它也不具有磁矩。如果碳化硅(名称：SiC)被用作基底(D)和/或外延层(DEPI)的材料，同位素化合物
28
Si
12
C特别适合作为基底(D)和/或外延层(DEPI)的材料。因此，一般而言，可以要求优选地至少在顺磁中心或量子点(NV)或者也将在下面说明的顺磁核中心以及由此的核量子点(CI)附近的外延层(DEPI)或基底(D)的材料的原子应该只包括没有原子核的磁矩的同位素。由于元素周期表第III主族和元素周期表第V主族的原子通常不具有没有磁矩的稳定同位素，因此考虑没有磁矩的同位素的混合物和/或化合物，例如，第VI主族的例如
12
C、
14
C、
28
Si、
30
Si、
70
Ge、
72
Ge、
74
Ge、
76
Ge、
112
Zn、
114
Zn、
116
Zn、
118
Zn、
120
Zn、
122
Zn、
124
Zn和/或第VI主族
16
O、
18
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子总线(QUBUS)，
‑
具有n个量子比特(QUB1至QUBn)，各所述量子比特分别具有一个量子点(NV1至NVn)，
‑
n为正整数，且n≥2，
‑
具有第一核量子比特(CQUB1)，
‑
具有第n核量子比特(CQUBn)，
‑
其中所述n个量子比特(QUB1至QUBn)能够从1到n编号，
‑
其中，仅当n>2成立时，第j量子比特(QUBj)是这些所述n个量子比特(QUB1至QUBn)中的任何一个，其中1<j<n，并且
‑
其中每个第j量子比特(QUBj)具有前导量子比特(QUB(j
‑
1))，并且
‑
其中每个第j量子比特(QUBj)具有后继量子比特(QUB(j+1))，并且
‑
其中所述第一量子比特(QUB1)与所述第一核量子比特(CQUB1)形成第一核电子量子寄存器(CEQUREG1)，并且
‑
其中所述第n量子比特(QUBn)与所述第n核量子比特(CQUBn)形成第n核电子量子寄存器(CEQUREGn)，并且
‑
其中所述第一量子比特(QUB1)与所述第二量子比特(QUB2)形成第一电子
‑
电子量子寄存器(QUREG1)，并且
‑
其中所述第n量子比特(QUBn)与所述第(n
‑
1)量子比特(QUB(n
‑
1)形成第(n
‑
1)电子
‑
电子量子寄存器(QUREG(n
‑
1))，并且
‑
其中当n>2时，j为1<j<n，在下文中被称为所述第j量子比特(QUBj)的其他n
‑
2个量子比特中的每个
‑
与其前导量子比特(QUB(j
‑
1))形成第(j
‑
1)量子寄存器(QUREG(j
‑
1))，并且
‑
与其后继量子比特(QUB(j+1))形成第j量子寄存器(QUREGj)，
‑
导致了具有两个核电子量子寄存器(CEQUREG1，CEQUREGn)以及位于所述第一核量子比特(CQUB1)与所述第n核量子比特(CQUBn)之间的n
‑
1个量子寄存器(QUREG1至QUREG(n
‑
1))的闭合链，并且
‑
其中所述第一核量子点(CI1)和所述第一量子点(NV1)之间的距离足够小以允许所述第一量子点(NV1)的状态和所述第一核量子点(CI1)的状态耦合或纠缠，并且
‑
其中所述第n核量子点(CIn)和所述第n量子点(NVn)之间的距离非常小，使得所述第n量子点(NVn)的状态与所述第n核量子点(CIn)的状态能够耦合或纠缠，并且
‑
其中所述第j量子点(NVj)和所述第(j+1)量子点之间的距离非常小，且1≤j<n，使得所述第j量子点(NVj)的状态与所述第(j+1)量子点(NV(j+1))的状态能够耦合或纠缠，其特征在于，
‑
所述第一核量子点(CI1)和所述第n核量子点(CIn)之间的距离使得所述第一核量子点(CI1)的状态与所述第n核量子点(CIn)的状态无法耦合或纠缠，并且
‑
所述第一量子点(NV1)和所述第n量子点(NVn)之间的距离使得所述第一量子点(NV1)的状态与所述第n量子点(NVn)的状态无法耦合或纠缠，并且
‑
所述第n核量子点(CIn)和所述第一量子点(NV1)之间的距离使得所述第一量子点(NV1)的状态与所述第n核量子点(CIn)的状态无法耦合或纠缠，并且
‑
所述第一核量子点(CI1)和所述第n量子点(NVn)之间的距离使得所述第n量子点
(NVn)的状态与所述第一核量子点(CI1)的状态无法耦合或纠缠，并且
‑
所述n个量子比特(QUB1至QUBn)中的各量子比特具有用于选择性地控制该量子比特的所述量子点的装置，并且
‑
其中用于选择性地控制该量子比特的所述量子点的各所述装置分别具有垂直线(LV)和水平线(LV)。2.一种晶体管，
‑
具有基板(D)，和
‑
具有一个源极接触(SO)，和
‑
具有漏极接触(DR)，和
‑
具有绝缘体(IS)，和
‑
具有另外的绝缘体(IS2)，特别是栅极氧化物，和
‑
具有栅电极，在下文中被称为第一垂直线(LV1)，和
‑
具有第一水平线(LH1)，
‑
其中所述第一水平线(LH1)通过所述绝缘体(IS)与所述第一垂直线(LV1)电隔离，并且
‑
其中所述第一水平线(LH1)和所述第一垂直线(LV1)通过另外的绝缘体(IS2)与所述基板(D)电隔离，其特征在于，
‑
其包括量子点(NV1)，并且
‑
所述量子点位于所述漏极接触(DR)和所述源极接触(SO)之间的所述基板(D)的区域中，并且
‑
所述第一水平线(LH1)在所述源极接触(SO)和所述漏极接触(DR)之间的所述量子点(NV1)附近的所述晶体管区域中，特别是在所述量子点(NV)上方与所述第一垂直线(LV1)相交。3.一种量子比特(QUB)，
‑
包括用于控制量子点(NV)的装置
‑
具有基板(D)，和
‑
如果有必要的话，具有外延层(DEPI)，和
‑
具有量子点(NV)，
‑
其中用于控制量子点(NV)的所述装置是适于在所述量子点(NV)的位置处产生电磁波场，特别是微波场(B
MW
)和/或无线电波场(B
RW
)的装置，并且
‑
其中如果存在的话，所述外延层(DEPI)被沉积在所述基板(D)上，并且
‑
其中所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)具有表面(OF)，并且
‑
其中所述量子点(NV)是所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)中的顺磁中心，并且
‑
其中所述量子点(NV)具有量子点类型，并且
‑
其中垂线可以沿从所述量子点(NV)的位置到所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)的所述表面(OF)的垂线(LOT)沉淀，并且
‑
其中所述垂线(LOT)在垂点(LOTP)处穿过所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层
(DEPI)的所述表面(OF)，并且
‑
其中用于控制所述量子点(NV)的所述装置位于所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)的所述表面上，并且
‑
其中用于控制量子点(NV)的所述装置位于所述垂点(LOTP)附近或所述垂点(LOTP)处，其特征在于，
‑
用于控制所述量子点(NV)的所述装置牢固地连接到所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)的所述表面，并且
‑
用于控制所述量子点(NV)的所述装置包括垂直线(LV)，并且
‑
用于控制所述量子点(NV)的所述装置包括水平线(LH)，并且
‑
所述垂直线(LV)在所述垂点(LOTP)附近或所述垂点(LOTP)处与所述水平线(LH)相交，并且
‑
所述垂直线(LV)和所述水平线(LH)通过绝缘体(IS)在所述量子点(NV)的区域中彼此电隔离，并且
‑
一方面的所述垂直线(LV)和所述水平线(LH)以及另一方面的所述基板(D)或所述外延层(DEPI)通过另外的绝缘体(IS2)在所述量子点(NV)的所述区域中彼此电隔离。4.一种核量子比特(CQUB)，
‑
包括用于控制核量子点(CI)的装置
‑
具有基板(D)，和
‑
如果有必要的话，具有外延层(DEPI)，和
‑
具有核量子点(CI)，和
‑
其中用于控制所述核量子点(CI)的所述装置是适于在所述核量子点(CI)的位置处产生圆极化电磁波场(B
RW
)的装置，
‑
其中如果存在的话，所述外延层(DEPI)被沉积在所述基板(D)上，并且
‑
其中所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)具有所述表面(OF)，并且
‑
其中所述核量子点(CI)具有磁矩，特别是核自旋，并且
‑
其中，用于控制所述核量子点(CI)的所述装置位于所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)的所述表面上，其特征在于，
‑
用于控制所述核量子点(CI)的所述装置牢固地连接到所述基板(D)和/或如果存在的所述外延层(DEPI)的所述表面，并且
‑
用于控制量子点(NV)的所述装置包括垂直线(LV)，并且
‑
用于控制量子点(NV)的所述装置包括水平线(LH)，并且
‑
所述垂直线(LV)与所述水平线(LH)相交，并且
‑
所述垂直线(LV)和所述水平线(LH)通过绝缘体(IS)在所述核量子点(CI)的区域中彼此电隔离，并且
‑
一方面的所述垂直线(LV)和所述水平线(LH)以及另一方面的所述基板(D)或所述外延层(DEPI)通过另外的绝缘体(IS2)在所述核量子点(CI)的所述区域中彼此电隔离。5.一种核电子量子寄存器(CEQUREG)，
‑
包括根据权利要求4所述的核量子比特(CQUB)，并且
‑
包括根据权利要求3所述的量子比特(QUB)。6.一种量子寄存器(QUREG)，
‑
具有根据权利要求3所述的第一量子比特(QUB1)，和
‑
具有根据权利要求3所述的至少第二量子比特(QUB2)，
‑
其中所述第一量子比特(QUB1)的所述第一量子点(NV1)的第一量子点类型等同于所述第二量子比特(QUB2)的所述第二量子点(NV2)的第二量子点类型。7.一种非均匀量子寄存器(IHQUREG)，
‑
具有根据权利要求3所述的第一量子比特(QUB1)，和
‑
具有根据权利要求3所述的至少第二量子比特(QUB2)，
‑
其中所述第一量子比特(QUB1)的所述第一量子点(NV1)的第一量子点类型不同于所述第二量子比特(QUB2)的所述第二量子点(NV2)的第二量子点类型。8.一种核
‑
核量子寄存器(CCQUREG)，
‑
具有根据权利要求4所述的第一核量子比特(CQUB1)，和
‑
具有根据权利要求4所述的至少第二核量子比特(CQUB2)。9.一种核
‑
电子
‑
核
‑
电子量子寄存器(CECEQUREG)，
‑
具有根据权利要求4所述的第一核量子比特(CQUB1)，和
‑
具有根据权利要求4所述的至少第二核量子比特(CQUB2)，和
‑
具有根据权利要求3所述的第一量子比特(QUB1)，和
‑
具有根据权利要求3所述的至少第二量子比特(QUB2)。10.一种量子点的布置(QREG1D，QREG2D)和/或核量子点的布置(CQREG1D，CQREG2D)，
‑
其中所述量子点(NV11，NV12，NV13，NV21，NV22，NV23，NV31，NV32，NV33)和/或所述核量子点(CI11，CI12，CI13，CI21，CI22，CI23，CI31，CI32，CI33)以一维点阵(QREG1D，CQREG1D)或二维点阵(QREG2D，CQREG2D)排列。11.量子比特(QUB1、QUB1)的使用和/或核量子比特(CQUB1、CBD2)的使用的准备方法，
‑
包括用于取决于根据权利要求3所述的第一个量子比特(QUB1)的第一量子点(NV1)的所述量子信息，特别是所述第一量子点(NV1)的第一电子构型的第一自旋准备所述第一量子比特(QUB1)的所述第一量子点(NV1)的所述量子信息的改变，特别是所述量子点(NV1)的电子构型的改变的步骤，
‑
其中，以这样的方式进行所述步骤：借助于ODMR实验通过调节频率(f)和确定电子1
‑
电子1微波共振频率(f
MW
)，确定特别是当所述第一电子构型的所述自旋自旋向上时或当所述第一电子构型的所述自旋自旋向下时所述第一量子点(NV1)的特别是其第一电子构型的能量转移，和/或
‑
包括取决于根据权利要求6所述的量子寄存器(QUREG)的第二量子比特(QUB2)的第二量子点(NV2)的所述量子信息，特别是所述第二量子点(NV2)的电子构型的第二自旋，准备根据所述量子寄存器(QUREG)的第一量子比特(QUB1)的第一量子点(NV1)的所述量子信息的改变，特别是所述量子点(NV1)的电子构型的自旋的改变的步骤，
‑
其中如下进行所述步骤：借助于ODMR实验通过调节频率(f)和确定电子1
‑
电子2微波
共振频率(f
MWEE
)，确定特别是当所述第二电子构型的所述自旋自旋向上时或当所述第二电子构型的所述自旋自旋向下时所述第一量子点(NV1)的特别是其第一电子构型的能量转移，和/或
‑
包括取决于权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的所述量子信息，特别是其原子核的核自旋，准备所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的所述量子信息的改变，特别是其电子构型的自旋的改变的步骤，
‑
其中如下进行所述步骤：借助于ODMR实验通过调节频率(f)和确定核
‑
电子微波共振频率(f
MWCE
)，确定特别是当所述核自旋自旋向上时或当所述核自旋自旋向下时所述量子点(NV)的特别是其电子的能量转移，和/或
‑
包括取决于根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的所述量子信息，特别是其电子构型的自旋，准备所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的所述量子信息的改变，特别是其原子核的自旋的改变的步骤，
‑
其中如下进行所述步骤：借助于ODMR实验通过调节频率(f)和确定电子
‑
核无线电波共振频率(f
RWEC
)，确定特别是当所述核自旋自旋向上时或当所述核自旋自旋向下时量子点(NV)的特别是其电子构型的能量转移，和/或
‑
包括取决于根据权利要求8所述的核
‑
核量子寄存器(CCQUREG)的第二核量子比特(CQUB2)的第二核量子点(CI2)的所述量子信息，特别是所述第二核量子点(Ci2)的核自旋，准备所述核
‑
核量子寄存器(CCQUREG)的第一核量子比特(CQUB)的第一核量子点(CI1)的所述量子信息的改变，特别是其原子核的核自旋的改变的步骤，
‑
其中如下进行所述步骤：借助于ODMR实验通过调节频率(f)和确定核
‑
核无线电波共振频率(f
RWCC
)，确定特别是当所述第二核量子点(CI2)的所述第二核自旋自旋向上时或当所述第二核自旋自旋向下时所述第一核量子点(CI1)的特别是其第一核自旋的能量转移。12.根据权利要求3所述的量子比特(QUB)的量子点(NV)的复位方法，包括以下步骤：
‑
在照射对所述量子点(NV)的作用方面上，用与使用NV中心作为量子点(NV)时以绿光照射金刚石中的该NV中心在功能上等同的光照射所述量子点(NV1，NV2)中的至少一个量子点(NV)，
‑
其中，特别地，使用所述NV中心(NV)作为量子点(NV)，所述绿光具有在400nm至700nm波长和/或450nm至650nm和/或500nm至550nm和/或515nm至540nm波长范围内的波长，优选为532nm的波长，并且
‑
所述在功能上等同的光在下文和本权利要求中被称为“绿光”。13.根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的复位方法，包括以下步骤：
‑
特别是通过根据权利要求12所述的方法，复位所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)；
‑
根据所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的所述量子比特(QUB)的所述量子点(NV)的特别是其电子的量子信息，改变所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋。14.用于操纵量子比特(QUB)的方法，
‑
其中所述量子比特(QUB)是根据权利要求3所述的量子比特(QUB)，具有以下步骤：
‑
以具有水平电流分量的水平电流(IH)向所述水平线(LH)临时通电，所述水平电流分量以具有水平调制的电子1
‑
电子1微波共振频率(f
MW
)调制；
‑
以具有垂直电流分量的垂直电流(IV)向所述垂直线(LV)临时通电，所述垂直电流分量以具有垂直调制的电子
‑
电子微波共振频率(f
MW
)调制，15.用于操纵核量子比特(QUB)的方法，
‑
其中所述核量子比特(CQUB)是根据权利要求4所述的核量子比特(CQUB)，具有以下步骤：
‑
以具有水平电流分量的水平电流(IH)控制所述核量子比特(CQUB)的所述水平线(LH)，所述水平电流分量以作为具有水平调制的调制频率的第一核
‑
核无线电波频率(f
RWCC
)和/或第二核
‑
核无线电波频率(f
RWCC2
)调制；
‑
以具有水平电流分量的垂直电流(IV)控制所述核量子比特(CQUB)的所述垂直线(LV)，所述垂直电流分量以作为具有调制频率的垂直调制调制。16.用于选择性地控制根据权利要求6所述的量子寄存器(QUREG)的第一量子比特(QUB1)的方法，具有以下步骤：
‑
以第一水平电流(IH1)的第一水平电流分量向所述量子寄存器(QUREG)的第一水平线(LH1)临时通电，所述第一水平电流分量以具有第一水平电子1
‑
电子1微波共振频率(f
MWH1
)的第一水平调制进行调制；
‑
以第一垂直电流(IV1)的第一垂直电流分量向所述量子寄存器(QUREG)的第一垂直线(LV1)临时通电，所述第一垂直电流(IV1)以具有第一垂直电子1
‑
电子1微波共振频率(f
MWV1
)的第一垂直调制进行调制，
‑
以所述第一水平电流(IH1)的第一水平DC分量(IHG1)向所述第一水平线(LH1)额外通电，
‑
其中所述第一水平DC分量(IHG1)能够具有0A的第一水平电流值；
‑
以所述第一垂直电流(IV1)的第一垂直DC分量(IVG1)向所述第一垂直线(LV1)额外通电，
‑
其中所述第一垂直DC分量(IVG1)能够具有0A的第一垂直电流值；
‑
以第二垂直DC分量(IVG2)向第二垂直线(LV2)额外通电，
‑
其中所述第二垂直DC电流分量具有不同于所述第一垂直电流值的第二垂直电流值。17.用于控制根据权利要求6所述的所述量子寄存器(QUREG)的量子寄存器(QUREG)的第一量子比特(QUB1)和第二量子比特(QUB2)的对的方法，具有以下步骤：
‑
以第一水平电流(IH1)的第一水平电流分量向所述量子寄存器(QUREG)的第一水平线
(LH1)临时通电，所述第一水平电流分量以具有第一水平电子1
‑
电子2微波共振频率(f
MWHEE1
)的第一水平调制进行调制；
‑
以第一垂直电流(IV1)的第一垂直电流分量向所述量子寄存器(QUREG)的第一垂直线(LV1)临时通电，所述第一垂直电流(IV1)以具有第一垂直电子1
‑
电子2微波共振频率(f
MWVEE1
)的第一垂直调制进行调制；
‑
以第二水平电流(IH2)的第二水平电流分量向所述量子寄存器(QUREG)的第二水平线(LH2)临时通电，所述第二水平电流分量以具有第一水平电子1
‑
电子2微波共振频率(f
MWHEE1
)的第二水平调制进行调制；
‑
以第二垂直电流(IV2)的第二垂直电流分量向所述量子寄存器(QUREG)的第二垂直线(LV2)临时通电，所述第二垂直电流(IV2)以具有第一垂直电子1
‑
电子2微波共振频率(f
MWVEE1
)的第二垂直调制进行调制，
‑
其中所述第二水平线(LH2)能够等于所述第一水平线(LH1)，并且其中所述第二水平电流(IH2)等于所述第一水平电流(IH1)，并且其中所述第二水平电流(IH2)则已经通过所述第一水平电流(IH1)的注入而被注入，并且
‑
其中所述第二垂直线(LV2)能够等于所述第一垂直线(LV2)，并且其中所述第二垂直电流(IV2)则等于所述第一垂直电流(IV1)，并且其中所述第二垂直电流(IV2)则已经通过所述第一垂直电流(IV1)的注入而被注入。18.用于控制根据权利要求6的量子寄存器(QUREG)或根据权利要求7的非均匀量子寄存器(IQUREG)的第一量子比特(QUB1)和第二量子比特(QUB2)的对的根据权利要求17所述的方法，
‑
其中门控相对于该所述量子寄存器(QUREG)的另外的量子比特(QUBj)是选择性的，具有以下步骤：
‑
以所述第一水平电流(IH1)的第一水平DC分量(IHG1)向所述第一水平线(LH1)额外通电，
‑
而所述第一水平DC分量(IHG1)具有第一水平电流值，并且
‑
而所述第一水平DC分量(IHG1)能够具有0A的第一水平电流值；
‑
以所述第一垂直电流(IV1)的第一垂直DC分量(IVG1)向所述第一垂直线(LV1)额外通电，
‑
而所述第一垂直DC分量(IVG1)具有第一垂直电流值，并且
‑
而所述第一垂直DC分量(IVG1)能够具有0A的第一垂直电流值；
‑
以所述第二水平电流(IH2)的第二水平DC分量(IHG2)向所述第二水平线(LH2)额外通电，
‑
而所述第二水平DC分量(IHG2)具有第二水平电流值，并且
‑
而所述第二水平DC分量(IHG2)能够具有0A的第二水平电流值；
‑
以所述第二垂直电流(IV2)的第二垂直DC分量(IVG2)向所述第二垂直线(LV2)额外通电，
‑
而所述第二垂直DC分量(IVG2)具有第二垂直电流值，并且
‑
而所述第二垂直DC分量(IVG2)能够具有0A的第一垂直电流值；
‑
如果存在的话，以第j水平直流分量(IHGj)向所述量子寄存器(QUREG)的另外的第j量
子比特(QUBj)的第j水平线(LHj)额外通电，
‑
而所述第j水平DC分量(IHGj)具有第j水平电流值；
‑
如果存在的话，以第j垂直直流分量(IVGj)向所述量子寄存器(QUREG)的另外的第j量子比特(QUBj)的第j垂直线(LVj)额外通电，
‑
而所述第j垂直DC分量(IHGj)具有第j垂直电流值。19.用于使根据权利要求6所述的量子寄存器(QUREG)或根据权利要求7所述的非均匀量子寄存器(IQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV1)的量子信息，特别是其电子构型的自旋分别与该所述量子寄存器(QUREG)或该所述非均匀量子寄存器(IQUREG)的第一量子比特(QUB1)的第一量子点(NV1)的量子信息，特别是所述第一量子比特(QUB1)的第一电子构型的第一自旋的量子信息纠缠的方法，在下文中被称为电子发射操作，其特征在于，
‑
其是用于复位所述量子寄存器(QUREG)或所述非均匀量子寄存器(IQUREG)的方法，和/或
‑
其包括用于执行哈达玛门的方法，并且
‑
其是用于执行CNOT门的方法，和/或
‑
其包括用于使根据权利要求6所述的量子寄存器(QUREG)或根据权利要求7所述的非均匀量子寄存器(IQUREG)的所述第一量子比特(QUB1)的所述第一量子点(NV1)的量子信息，特别是所述第一量子点(NV1)的第一电子构型的第一自旋分别与该所述量子寄存器(QUREG)或该所述非均匀量子寄存器(IQUREG)的第二量子比特(QUB2)的第二量子点(NV2)的量子信息，特别是该所述第二量子点(NV2)的第二电子构型的第二自旋的量子信息纠缠的另一方法。20.用于使根据权利要求6所述的量子寄存器(QUREG)或根据权利要求7所述的非均匀量子寄存器(IQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV1)的量子信息，特别是其电子构型的自旋分别与该所述量子寄存器(QUREG)或该所述非均匀量子寄存器(IQUREG)的第一量子比特(QUB1)的第一量子点(NV1)的量子信息，特别是所述第一量子比特(QUB1)的第一电子构型的第一自旋的量子信息纠缠的方法，在下文中被称为电子发射操作，其特征在于，
‑
其包括根据权利要求12所述的用于复位所述电子
‑
电子量子寄存器(CEQUREG)或所述非均匀量子寄存器(IQUREG)的方法，并且
‑
其包括根据权利要求14所述的用于执行哈达玛门的方法，并且
‑
其是根据权利要求33所述的用于执行CNOT门的方法，并且
‑
其包括用于使根据权利要求6所述的量子寄存器(QUREG)或根据权利要求7所述的非均匀量子寄存器(IQUREG)的所述第一量子比特(QUB1)的所述第一量子点(NV1)的量子信息，特别是所述第一量子点(NV1)的第一电子构型的第一自旋分别与该所述电子
‑
电子量子寄存器(QUREG)和该所述非均匀量子寄存器(IQUREG)的第二量子比特(QUB2)的第二量子点(NV2)的量子信息，特别是该所述第二量子点(NV2)的第二电子构型的第二自旋的量子信息纠缠的另一方法。21.用于取决于根据权利要求5的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋的量子信息，改变所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子的量子信息的核
‑
电子
‑
CNOT操作，在下文中被称为核
‑
电子CNOT操作，包括以下步骤：
‑
将所述水平电流(IH)的水平电流分量注入所述量子比特(QUB)的所述水平线(LH)，
‑
其中所述水平电流分量具有处于核
‑
电子微波共振频率(f
MWCE
)的水平调制，并且
‑
将所述垂直电流(IV)的垂直电流分量注入所述量子比特(QUB)的所述垂直线(LV)，
‑
而所述垂直电流分量具有处于核
‑
电子微波共振频率(f
MWCE
)的垂直调制。22.用于取决于根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子的量子信息，改变所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋的量子信息的电子
‑
核CNOT操作，在下文中被称为电子
‑
核CNOT操作，包括以下步骤：
‑
将所述水平电流(IH)的水平电流分量注入所述量子比特(QUB)的所述水平线(LH)，
‑
其中所述水平电流分量具有处于电子
‑
核无线电波共振频率(f
RWEC
)的水平调制，并且
‑
将所述垂直电流(IV)的电流分量注入所述量子比特(QUB)的所述垂直线(LV)，
‑
其中所述垂直电流分量表现出具有电子
‑
核无线电波共振频率(f
RWEC
)的垂直调制。23.用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子纠缠的方法，在下文中被称为电子
‑
核交换操作，具有以下步骤：
‑
执行电子
‑
核CNOT操作；
‑
随后执行核
‑
电子CNOT操作；
‑
随后执行电子
‑
核CNOT操作。24.用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋与该所述核电子量子寄存器(CEQUREG)量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子纠缠的方法，在下文中被称为电子
‑
核交换延迟操作，具有以下步骤：
‑
改变所述量子点(NV)的所述量子信息，尤其是所述量子点(NV)电子构型的所述自旋态的所述量子信息；
‑
随后等待磁共振弛豫时间τ
K
。25.用于使根据权利要求5所述的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋的量子信息与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是所述量子点(NV)的电子构型的自旋的量子信息纠缠的方法，在下文中被称为核
‑
电子纠缠操作，其特征在于，
‑
A)
‑
其包括用于复位核电子量子寄存器(CEQUREG)的方法，并且
‑
其包括用于执行哈达玛门的方法，并且
‑
其包括用于执行CNOT门的方法，或者
‑
B)
‑
其包括用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是量子点(NV)的电子构型的自旋的量子信息纠缠的另一方法。
26.用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋的量子信息与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是所述量子点(NV)的电子构型的自旋的量子信息纠缠的方法，在下文中被称为核
‑
电子纠缠操作，其特征在于，
‑
A)
‑
其包括根据权利要求13所述的用于复位核电子量子寄存器(CEQUREG)的方法，并且
‑
其包括根据权利要求14所述的用于执行哈达玛门的方法，并且
‑
其包括根据权利要求31所述的用于执行CNOT门的方法，或者
‑
B)
‑
其包括用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是所述量子点(NV)的电子构型的自旋的量子信息纠缠的另一方法。27.用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子的量子信息纠缠的方法，在下文中被称为核
‑
电子交换操作，其特征在于，
‑
A)
‑
其是电子
‑
核交换延迟操作，或者
‑
其是电子
‑
核交换操作，或者
‑
B)
‑
其是用于使根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋与该核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子的量子信息纠缠的另一方法。28.用于取决于根据权利要求5的核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，尤其是其电子的量子信息，改变所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋的方法，具有以下步骤：
‑
以具有水平电流分量的水平电流(IH)向所述量子比特(QUB)的所述水平线(LH)通电，所述水平电流分量以具有电子
‑
核无线电波共振频率(f
RWEC
)的水平调制进行调制；
‑
以具有垂直电流分量的垂直电流(IV)向所述量子比特(QUB)的所述垂直线(LV)通电，所述垂直电流分量以具有电子
‑
核无线电波共振频率(f
RWEC
)的垂直调制进行调制。29.用于取决于根据权利要求5所述的核电子量子寄存器(CEQUREG)的核量子比特(CQUB)的核量子点(CI)的量子信息，特别是其原子核的核自旋的量子信息，改变所述核电子量子寄存器(CEQUREG)的量子比特(QUB)的量子点(NV)的量子信息，特别是其电子的量子信息的方法，具有以下步骤：
‑
以具有水平电流分量的水平电...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德，
申请(专利权)人：量子技术UG极限公司，
类型：发明
国别省市：