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量子计算被认为是下一个合乎逻辑的步骤生产更快和更高效的计算机。虽然这是很久以前的理论,纳米技术的进步和半导体有助于让量子计算更接近主流近年来使用。在本文中,我们看一下角色由半导体量子计算机的实现。
正常的计算操作使用bit-otherwise称为一个二进制位的最小单位——数据在计算机和采用一个0或1的值。量子计算使用一个类似的系统称为一个量子位。然而,量子位值可以叠加,所以能够采用两个值,他们可以,事实上,采用三种——一个0,1,0或1的值。因此,与传统的电脑,这使得操作同时进行的两个值。
构建量子计算系统的原则
就像在常规计算,量子位元构建块和所有功能源自量子比特的行为。尽管有三个值,背后的数学函数是复杂的,但简而言之,这些单个量子位可以有无限的价值,这就导致了连续的状态。量子比特存储信息的量子机械和两个系统,利用½自旋电子的状态,采取向上或向下的形式,通过一个光子的极化可以解读为垂直或水平极化。量子位也接受量子纠缠,这意味着量子比特可以成为independently-i.e描述,不能。操作的结果是相关的,必须作为一个整体描述量子态系统而不是作为单独的量子比特。
量子计算依赖于一定的物理特性和物理方向提供所需的计算能力。这不是软件、硬件技术,因此材料用于构造量子计算机的类型是很重要的。亚博网站下载有一些需求,对于量子计算机高效是必要的。使用的材亚博网站下载料通常需要拥有长寿的自旋态,能够控制与外部磁场旋转操作,能够控制自旋之间的交互,能够控制自旋之间的交互和外部热源和有能力执行操作在几个量子位系统并行。此外,量子系统必须从它们的环境,几乎完全孤立的相干量子态需要保存,退相干时间需要很长,读出需要能够测量单自旋状态和大部分的电子自旋共振。
半导体量子计算
因为量子计算是基于物理材料,材料的选择很重要,半导体材料已经成为近年来广泛尝试的选择。亚博网站下载很多最初的研究量子计算只体现系统可以在接近绝对零度的温度下运行。然而,由于半导体现在用于这些系统的构造,它使研究人员在室温条件下利用量子计算机。这是量子计算的一个主要原因是接近商业实现,所以半导体所扮演的角色是主要的重要性。
的确,实现半导体一直挑战本身。许多半导体材料可以表现出许多量子自由度,亚博网站下载这导致量子位相互并迅速散屑。然而,原子工程和先进半导体制造技术的进步降低了这些影响。
半导体量子计算的设计
有三种主要的方式构建量子计算系统半导体是捏造的。这些是异质结构,SRT-embedded异质结构,量子点阵列。异质结构通常包含许多不同的半导体层,都有相同的元素组成,但由于不同元素比率,这样每一层的属性略有不同。这通常是限制半导体阻挡层上,紧随其后的是一系列掺杂盖茨。量子比特中存在异质结构和工作结合磁化层和一个异质结量子阱层。半导体异质结构放置在顶部的地平面和一个缓冲层,在硅衬底上。在这些系统中,量子比特个人但无法区分,和电容测量量子位的核自旋是否会演变成单线态和三重态。这是最基本的配置,但也有很多改编。
一些半导体异质结构可以用自旋共振制作晶体管(SRT)嵌入到异质结构。这些显示仅比异质结构系统更多的承诺,因为他们使量子比特之间的量子纠缠的发生。srt的合并形式把CNOT门使更精确地控制量子比特之间的交互和删除需要多个盖茨表面的异质结构。这些系统测量单线态和三线态的量子比特方式不同。因为量子位坐落在晶体管和栅电极之间,通道电流敏感带电状态。这就意味着能够确定仅靠目前的电子态,如果有一个通道电流的变化,量子位的单重态,而在一个三重态如果当前是恒定的。
另一种方法是通过量子点阵列。Electrostatically-defined半导体量子点可以用来降低电子隧穿势垒当两个量子位的夫妇。量子点阵列放置在半导体异质结构。在这些数组,量子点耦合,和一个垂直的电场会导致量子点光激发和本地化电荷载体在定义的距离,促使不同的州。电场还导致空穴迁移到缓冲区和电子留在他们的基态。电场是关闭时,量子点量子比特纠缠。读出是由本地化量子位,因为电子的自旋状态会离开,当自旋状态处于“下来”取向导致量子位与水库通过量子隧穿。当电子自旋状态是“了”取向,量子点中的电子会保持,没有观察到的隧道。塞曼分裂,即电子能级的分裂,激子的导致量子点采用叠加的0和1的状态。因此,所有的国家很容易区分他们的电压和电流输出。
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