puolijohdespinqubitit

Puolijohdespinqubitit ovat kvanttibittejä, joissa tieto tallennetaan elektronin spin-tiloihin puolijohdeympäristössä. Ne hyödyntävät nanokokoisia potentiaalikaivoja tai dopanttien spin-tiloja, ja niiden etuna on mahdollista integroitavuus nykyiseen puolijohdevalmistukseen sekä skaalautuvuus.

Yleisimmät toteutukset perustuvat joko yksittäisen elektronin spin-qubittiini kvanttipisteissä (quantum dots) tai kahden- tai useamman elektronin yhteisiin tiloihin, kuten singlet-triplet-qubittit. Lisäksi miinus- ja tyhjiötilat voidaan määritellä donorielektronien spin-tiloiksi piissä, esimerkiksi fosforin dopingeilla. Spin-qubitin tilat ovat tyypillisesti kaksiarkkisia spin-1/2 tiloja, joita merkitään |0⟩ ja |1⟩.

Hallinta tapahtuu magneettisen tai sähköisen vuorovaikutuksen avulla. Yleisimät keinoiset ovat ESR- ja EDSR-käyttö, joilla yhden qubin tila käännetään, sekä kaksikqubitin gate-tilat exchange-vuorovaikutuksen avulla. Luentaa ja tilanlukua varten käytetään spin-to-charge-konversiota, jolloin pienet sensorit kuten quantum point contact tai single-electron transistor mittaavat jokin tilan muutos.

Materiaalit ja koherenssi: tärkeimmät alustat ovat pi/SiGe-heterostruktuurit ja GaAs, sekä muut puolijohteet. Erityisesti 28Si-isotopisen piin hyödyntäminen vähentää hyperfine-häiriötä, mikä pidentää koherenssia. Useat laboratoriot ovat saavuttaneet korkeat osoitteet yksittäisten ja kahden qubitin gate-fideliteille sekä demonstraatioita skaalattavista rajoista.

Tulevaisuuden haasteita ovat koherenssin ja kontrollin edelleen parantaminen sekä laitteistojen skaalaaminen suuriksi kvanttilohkoiksi, mutta puolijohdespinqubitit ovat keskeinen osa monipuolista kvanttitekniikkaa ja mahdollistavat kytkeytymisen nykyiseen mikroelektroniikkaan.