Кане квантни рачунар

Kane квантни рачунар је предлог за скалабилни квантни рачунара кој је предложио Bruce Kane 1998. године, који је тада био на Универзитету у New South Vales. Често се помиње као хибрид између квантне тачке и квантних рачунара нуклеарне магнетне резонанце (НМР) , рачунар Кане базиран је на низу индивидуалних атома донатора фосфора уграђених у чисту силицијумску мрежу. У рачуну учествују и нуклеарни спинови донатора и спинови донорских електрона.

За разлику од многих квантних рачунских рачунања, Кане квантни компјутер је у принципу скалабилан на произвољан број кубита (qubit-квантни бит). Ово је могуће јер се кубити могу појединачно адресирати електричним средствима.

Опис

Првобитни предлог захтева да донатори фосфора буду постављени у низ са размаком од 20нм, приближно 20нм испод површине. Изолациони слој оксида се на врху силикона. Метал А капије је депозит оксида изнад сваког донора, и К капија између суседних донора. Донори фосрора су изотопски чисти ³¹P, који имају нуклеарни спин од 1/2. Силицијумска подлога је изотопски чиста ²⁸Si која има нукларни спин 0. Коришћењем нуклеарних спинова P донора као метод да се екодирају кубити има две велиле предности. Прва је то што стање има ектремно дугачко време декохерениције, можда по редоследу 10¹⁸ секунди у милликелвинима. Као друга предност се сматра то што се кубитима може манипулисати применом осцилационог магнетног поља, као у типичним НМР предлозима. Променом напона на улазу А, могуће је да се промене Лармор фреквенције појединачних донора. То им омогућава да се адресирају појединачно, доводећи специфичне доноре у резонанцу са примењеним осцилационим магнетним пољем.

Сами нуклеарни спинови неће значајно узајамно деловати са другим нуклеарним спиновима који су удаљени 20нм. Нукларни спинови су корисни за извођење једно-кубитних операција. Али да би се направио рачунар су такође потребна два-кубита. Ово је улога електронског спина у дизајну. Под контролом А-капије, спин се преноси са језгра на донорски електрон. Затим се потенцијал примењује на Ј капију, привљачећи суседне донорске електроне у заједничку регију, значајно побољшавајући интеракцију између суседних спинова. Контролишући напон на Ј капији, два кубита су могућа.

Кејнов предлог за читање је био да се примени електрично поље да се подстакне спин-зависно тунел ефекат електрона да би трансформисали два неутрална донора у D⁺–D^– стање, тј. два електронске орбитале са истим донором. Онда се прекомерено пуњење се детектује помоћу једно електронског транзистора. Овај метод има две велике потешкоће. Прва је та што D^– стање има снажну везу са околином и тиме кратку докохерентност. Други, можда значајни, проблем је тај што није јасно да ли D^– стање има довољно дуг животни век да дозволи исчитавање-електронси тунели у проводном појасу.

Развој

Након Кајнове предлога, под воћством Роберта Цларк-а I сада Мицхелле Симмонс, у потрази за реализацијом Кане квантум рачунара је постао примарни квантни рачунарски напон у Аустралији. Теоретичари су дали велики број предлога за унапређивање читања. Експериментално, демонстрирано је атомски-прецизно одлагање атома фосфора користећи технику скенирајући тунелски микроскоп (СТМ) технику. Такође је постигнута детекција кретања појединачних електрона између малих, густих кластера донора фосфора. Група остаје оптимистична да се може изградити практична квантни рачунар. Друге групе сматрају да се идеја треба модификовати.