[論文レビュー] Quantum computation by coupled quantum dot system and controlled NOT operation

Tetsufumi Tanamoto|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 1999

Quantum and electron transport phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、エネルギー準位を共鳴的に整えることで、電子のトンネル効果によって制御NOT（CNOT）ゲートを実装する非対称な結合量子ドット系に基づく量子コンピュータを提案している。ドット間のクーロン相互作用により条件付き論理演算が可能となり、シリコンナノ結晶技術および従来の回路と互換性のあるスケーラブルなアーキテクチャを提供する。

ABSTRACT

A quantum computer based on an asymmetric coupled dot system has been proposed and shown to operate as the controlled NOT gate. The basic idea is (1) the electron is localized in one of the asymmetric coupled dots. (2)The electron transfer takes place from one dot to the other when the energy-levels of the coupled dots are set close. (3)The Coulomb interaction between the coupled dots mutually affects the energy levels of the other coupled dots. The proposed system can be realized by developing the technology of the single electron memory using Si nanocrystals and the direct combination of the quantum circuit and the conventional circuit is possible.

研究の動機と目的

• 結合量子ドットを用いたスケーラブルな量子コンピューティングアーキテクチャの開発。
• 非対称量子ドットにおける電子トンネル効果を用いた制御NOT（CNOT）ゲートの実装の検証。
• 単一電子メモリ技術との互換性を活かして、既存のシリコンベース電子回路への統合を可能にする。
• ドット間のクーロン相互作用を活用し、条件付き量子論理演算を実現する。

提案手法

• 電子が初期状態で一方のドットに局在化する非対称な結合量子ドット系を用いる。
• エネルギー準位を共鳴状態に調節することで、ドット間の電子移動を制御する。
• ドット間のクーロン相互作用を用いてエネルギー準位をシフトさせ、条件付き論理を可能にする。
• 一方のドットの状態が、他方のドットにおける電子トンネルを制御するようにシステムを設計し、CNOT操作を実現する。
• 量子論理の実装にあたり、トンネル効果およびエネルギー準位の整合を正確に制御する。
• Siナノ結晶を用いた単一電子メモリと統合することで、ハイブリッド量子古典回路を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称結合の量子ドット系は、制御NOT量子ゲートを実装できるか？
• RQ2 電子トンネル効果をどのように制御すれば条件付き量子演算が可能になるか？
• RQ3 ドット間のクーロン相互作用がエネルギー準位の整合およびゲートの忠実度に与える影響はどの程度か？
• RQ4 このような量子ドットベースの量子コンピュータを、従来のシリコンベース電子回路と統合するのは現実的か？

主な発見

• 提案されたシステムは、非対称量子ドット間の共鳴的電子トンネル効果により、制御NOTゲートとして正常に動作することが確認された。
• CNOT操作に必要な条件付き論理を媒介するために、ドット間のクーロン相互作用が不可欠である。
• エネルギー準位を共鳴状態に調節することにより、電子の局在化と制御された移動が可能となった。
• 本アーキテクチャは、単一電子メモリデバイスで用いられるシリコンナノ結晶技術と互換性がある。
• 本手法により、量子回路と従来の電子回路との直接統合が現実的であることが示された。