Однокубитные операции. 
Наноэлектроника. 
Часть 2

Суть однокубитных операций заключается в том, что затвор может управлять частотой спинового резонанса. Так же, как и в квантовом компьютере Кейна, волновая функция электрона за счет электростатического притяжения, вызванного напряжением затвора, сдвигается в сторону затвора, что изменяет энергию сверхтонкого взаимодействия и резонансную частоту. Но, кроме того, волновая функция электрона проникает в Т-слой с составом Si_{0 l5}Ge₀₈₅, где g-фактор меньше, чем в слое Z), что вызывает дополнительное изменение энергии сверхтонкого взаимодействия и резонансной частоты. На рис. 11.8 хорошо видно, что изменение напряжения в средней части диапазона дает возможность изменять резонансную частоту в широких пределах.

Интервал, соответствующий g-фактору, равному 1.563, используется, как мы увидим далее, для организации двухкубитных операций.

Рис. 11.8. Схематическая зависимость спин-резонансной частоты/от напряжения на управляющем электроде Vq кубита [18].

ДВУХКУБИТНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Как уже говорилось, кубиты должны быть расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы не осуществлялись взаимное влияние и внесение фазовых ошибок. В то же время для двухкубитных операций необходимо, чтобы были возможны перекрытие волновых функций и обменное взаимодействие между кубитами. В модели Кейна перекрытие достигалось путем введения J-затворов. В данном случае обменное взаимодействие осуществляется за счет изменения (увеличения) эффективного боровского радиуса в дгу-плоскости при смещении волновой функции из слоя D, в слой Т.

При увеличении напряжения на затворе (рис. 11.9) уменьшается энергия связи и увеличивается боровский радиус а_в водородоподобных доноров. При этом электроны могут быть электростатически притянуты к одному из барьеров, образованных 5-слоями состава Si₀ 2зСе_{0 77}, формируя тем самым подобие модулированно легированного канала в лу-плоскости. Притягивание электронов к слою Si₀₂3Ge₀₇₇ (5-барьер) снижает их энергию кулоновской связи и повышает перекрытие их волновых функций, разрешая проводить двухкубитные операции [19]. Энергия связи существенно ослабевает, когда электроны проводят большую часть времени вблизи барьера. Соответственно, кулоновский потенциал уменьшается:

Рис. 11.9. Схема организации обменного взаимодействия между двумя кубитами (двухкубитная операция) где г = х² + у² — квадрат горизонтального расстояния от донора, а d — вертикальное расстояние от барьера до донора.

Таким образом, изменяя d, можно сделать кулоновский потенциал как угодно малым. Малая кулоновская энергия связи означает большой боровский радиус, что в свою очередь позволяет осуществлять перекрытие волновых функций в ху-плоскости вдоль барьера и двухкубитное обменное взаимодействие. Это становится возможным при переходе от пренебрежимо малого обменного взаимодействия по направлению к созданию проводящего металлического двумерного газа путем изменения вертикального расстояния d. Все это позволяет проводить необходимые двухкубитные операции.