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半导体耦合多量子点量子比特器件研究取得重要进展

Release time:2021-09-23 11:24viewed:times
本文摘要:在不远处的将来,摩尔定律所伴随的微电子器件的尺寸将微缩到一系列物理无限大,这一技术变革推展科研人员利用纳米技术谋求一个几乎基于量子效应的信息处理方案。经过将近二十年的发展,半导体量子点磁矩比特固态器件以其可调控性和可扩展性沦为最不具应用于潜力的固态量子计算出来方案之一,目前已沦为以凝聚态物理为背景,融合了凝聚态理论、量子物理、纳米加工技术、纳米电子学、低温技术、半导体器件工艺等多个研究方向的前沿交叉研究领域。

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在不远处的将来,摩尔定律所伴随的微电子器件的尺寸将微缩到一系列物理无限大,这一技术变革推展科研人员利用纳米技术谋求一个几乎基于量子效应的信息处理方案。经过将近二十年的发展,半导体量子点磁矩比特固态器件以其可调控性和可扩展性沦为最不具应用于潜力的固态量子计算出来方案之一,目前已沦为以凝聚态物理为背景,融合了凝聚态理论、量子物理、纳米加工技术、纳米电子学、低温技术、半导体器件工艺等多个研究方向的前沿交叉研究领域。

近日,北京大学信息科学技术学院、固态量子器件北京市重点实验室“千人计划”教授徐洪起课题组,与中国科学院半导体研究所、半导体超强晶格国家重点实验室赵建华研究员课题组合作,首次使用砷简化铟(InAs)纳米线制取出有具备低可调性的半导体耦合三量子点量子器件,并对器件的电子稳态构型、相干性输送和电子在远距离量子点之间通过虚态辅助隧穿着展开长程互相交换的物理过程展开了细致测量。该研究展出了基于半导体纳米线的线性三量子点体系可被常以标准化量子器件平台,以及构筑具备宽相干性时间、仅有电学调控的磁矩量子比特器件和量子计算出来芯片的潜力。半导体InAs材料具备较高的电子迁移率、较小的电子有效地质量、较小的朗德因子和较强的磁矩-轨道耦合。

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在本研究中,牵头课题组使用先进设备局域底指栅阵列技术,在单根单晶纯相InAs纳米线上结构出有串联耦合的三量子点结构,其中容许量子点的局域势垒、量子点中的电化学势、量子点之间的隧穿耦合强度均可被独立国家调控;量子点输送性质的测量和调控是在超低温溶解制冷机环境下已完成的。该工作是首次在半导体InAs纳米线三量子点器件中,以细致栅调控技术构建以能量晶格四重点为标志的三量子点相干性共振耦合。

研究还通过电子相干性输送测量证实,在中间的量子点正处于库仑阻塞状态时,被中间量子点分隔的两端量子点之间仍然可通过共隧穿着构建相干性强劲耦合,其单电子需要在远端两个量子点之间展开长程相干性互相交换,从而展现出超强互相交换相互作用的物理过程。涉及研究结果以《基于纯相砷简化铟纳米线所结构的线性三量子点器件中的电子相干性输送性质研究》(Coherenttransportinalineartriplequantumdotmadefromapure-phaseInAsnanowire)为题,于2017年6月公开发表在《纳米快报》(NanoLetters;DOI:10.1021/acs.nanolett.7b00927)上。北京大学信息科学技术学院博士研究生王积银为第一作者,徐洪起教授和黄少云副教授为联合通讯作者。

上述研究工作获得国家重点研发计划、国家根本性科学研究计划、国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金的反对。


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