[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出一种基于非对称耦合量子点系统的量子计算机，通过在能级共振对准时的电子隧穿实现受控NOT（CNOT）门。量子点之间的库仑相互作用使条件逻辑操作成为可能，提供一种与硅纳米晶体技术及传统电路兼容的可扩展架构。

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.

研究动机与目标

• 开发一种基于耦合量子点的可扩展量子计算架构。
• 展示通过非对称量子点中的电子隧穿实现受控NOT（CNOT）门的方法。
• 通过与单电子存储技术的兼容性，实现与现有硅基电子技术的集成。
• 利用量子点之间的库仑相互作用，实现条件量子逻辑操作。

提出的方法

• 采用非对称耦合量子点系统，初始时电子局域在其中一个量子点内。
• 通过调节能级使其共振，控制电子在量子点之间的转移。
• 利用量子点之间的库仑相互作用改变能级，实现条件逻辑。
• 设计系统使得一个量子点的状态控制另一个量子点中电子的隧穿，从而实现CNOT操作。
• 依赖对隧穿和能级对准的精确控制，实现量子逻辑。
• 设想与基于硅纳米晶体的单电子存储器集成，实现混合量子-经典电路。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有非对称耦合的耦合量子点系统能否实现受控NOT量子门？
• RQ2 如何控制电子隧穿以执行条件量子操作？
• RQ3 量子点之间的库仑相互作用在多大程度上影响能级对准和门保真度？
• RQ4 此类基于量子点的量子计算机是否可行地与传统的硅基电子电路集成？

主要发现

• 所提出的系统通过非对称量子点之间的共振电子隧穿，成功实现受控NOT门。
• 量子点之间的库仑相互作用对于实现CNOT门所需的条件逻辑至关重要。
• 通过调节能级至共振，系统可实现电子局域化和受控转移。
• 该架构与单电子存储器件中使用的硅纳米晶体技术兼容。
• 通过该方法，可实现量子电路与传统电子电路的直接集成。