کامپیوتر کوانتومی کین پیشنهادی برای یک کامپیوتر کوانتومی مقیاس پذیر است که توسط بروس کین در سال 1998 پیشنهاد شد، [1] که در آن زمان در دانشگاه نیو ساوت ولز بود. کامپیوتر کین که اغلب به عنوان ترکیبی بین نقاط کوانتومی و رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) کامپیوترهای کوانتومی در نظر گرفته می‌شود، مبتنی بر آرایه‌ای از اتم‌های اهداکننده فسفر منفرد است که در یک شبکه سیلیکونی خالص جاسازی شده‌اند. هم اسپین های هسته ای دهنده ها و هم اسپین های الکترون های دهنده در محاسبات شرکت می کنند.

برخلاف بسیاری از طرح‌های محاسباتی کوانتومی، کامپیوتر کوانتومی کین در اصل تا تعداد دلخواه کیوبیت مقیاس‌پذیر است. این امکان پذیر است زیرا کیوبیت ها ممکن است به صورت جداگانه توسط وسایل الکتریکی آدرس دهی شوند.

توضیحات [ ویرایش ]

کین QC.png

پیشنهاد اولیه خواستار قرار دادن اهداکنندگان فسفر در آرایه‌ای با فاصله 20 نانومتر ، تقریباً 20 نانومتر زیر سطح است. یک لایه اکسید عایق در بالای سیلیکون رشد می کند. گیت های فلزی A روی اکسید بالای هر اهداکننده و دروازه های J بین اهداکننده های مجاور قرار می گیرند.

اهداکنندگان فسفر از نظر ایزوتوپی خالص 31 P هستند که دارای اسپین هسته ای 1/2 هستند. بستر سیلیکونی از نظر ایزوتوپی 28 Si خالص است که دارای اسپین هسته ای 0 است. استفاده از اسپین هسته ای اهداکنندگان P به عنوان روشی برای رمزگذاری کیوبیت ها دو مزیت عمده دارد. اولاً، این حالت دارای زمان ناهمدوسی بسیار طولانی است، شاید در حدود 10 18 ثانیه در دمای میلی‌کلوین . ثانیاً، کیوبیت‌ها را می‌توان با اعمال یک میدان مغناطیسی نوسانی ، مانند پیشنهادات NMR معمولی، دستکاری کرد. با تغییر ولتاژ در گیت های A، باید بتوان فرکانس لارمور را تغییر داداهداکنندگان فردی این به آنها اجازه می دهد تا به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گیرند و اهداکنندگان خاص با میدان مغناطیسی نوسانی اعمال شده در رزونانس قرار گیرند.

اسپین های هسته ای به تنهایی با سایر اسپین های هسته ای در فاصله 20 نانومتری تعامل قابل توجهی ندارند. اسپین هسته ای برای انجام عملیات تک کیوبیتی مفید است، اما برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی، عملیات دو کیوبیتی نیز لازم است. این نقش اسپین الکترون در این طرح است. تحت کنترل A-gate، اسپین از هسته به الکترون دهنده منتقل می شود. سپس، یک پتانسیل به گیت J اعمال می‌شود و الکترون‌های دهنده مجاور را به یک ناحیه مشترک می‌کشد و برهمکنش بین اسپین‌های همسایه را بسیار افزایش می‌دهد. با کنترل ولتاژ گیت J، عملیات دو کیوبیتی امکان پذیر است.

پیشنهاد کین برای بازخوانی، اعمال میدان الکتریکی برای تشویق تونل زدن وابسته به اسپین یک الکترون برای تبدیل دو دهنده خنثی به حالت D + –D – بود، یعنی حالتی که در آن دو الکترون با دهنده یکسان مرتبط می‌شوند. سپس بار اضافی با استفاده از یک ترانزیستور تک الکترونی تشخیص داده می شود. این روش دو مشکل عمده دارد. اولاً، حالت D دارای جفت شدن قوی با محیط و در نتیجه زمان عدم انسجام کوتاه است. ثانیا و شاید مهمتر از آن، روشن نیست که حالت D دارای طول عمر کافی برای بازخوانی تونل های الکترونی به نوار رسانایی باشد.

توسعه [ ویرایش ]

از زمان پیشنهاد کین، تحت هدایت رابرت کلارک و اکنون میشل سیمونز ، پیگیری تحقق کامپیوتر کوانتومی کین به تلاش اولیه محاسبات کوانتومی در استرالیا تبدیل شده است. [2] نظریه پردازان تعدادی پیشنهاد برای بازخوانی بهبود یافته ارائه کرده اند. به طور تجربی، رسوب دقیق اتمی اتم‌های فسفر با استفاده از تکنیک میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) در سال 2003 به دست آمده است. این گروه همچنان خوشبین هستند که می توان یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس بزرگ ساخت. گروه های دیگر معتقدند که این ایده باید اصلاح شود.[4]

در سال 2020، آندریا مورلو و دیگران نشان دادند که یک هسته آنتیموان (با هشت حالت اسپین) تعبیه شده در سیلیکون را می توان با استفاده از یک میدان الکتریکی به جای میدان مغناطیسی کنترل کرد. [5]

همچنین ببینید [ ویرایش ]

منبع