Ambipolarne kropki kwantowe
Już w latach 90-tych XX w. postulowano wykorzystanie spinu pojedynczych elektronów w sprzężonych kropkach kwantowych do budowy bramek jedno- i dwukubitowych. Dokładniej mówiąc, stan elektronów określany jako "spin-up" oraz "spin-down" może być reprezentacją bitu kwantowego (kubitu). Od tamtej pory zbadano wiele półprzewodników celem wyizolowania pojedynczych elektronów. Przetwarzanie informacji kwantowych w oparciu o spin nośników pojedynczego ładunku wymaga długiego czasu koherencji spinu, a krzem jest takim środowiskiem, w którym spin może być kontrolowany przy minimalnej dekoherencji. W projekcie SISQ (Silicon spin quantum bits) naukowcy zasugerowali osadzenie ambipolarnych kropek kwantowych w krzemie. Ich celem było wykorzystanie zjawiska ambipolarności do celów operowania kropkami kwantowymi, w których związane są elektrony albo dziury, co dałoby możliwość porównania obu nośników ładunku w takim samym krystalicznym środowisku. Punktem wyjścia była technologia produkcji tranzystorów polowych o strukturze metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET), w której wykorzystuje się bramki metaliczne na cienkiej warstwie dwutlenku krzemu (SiO2) w celu zdefiniowania elektrostatyczności kropek kwantowych. Naukowcy rozwinęli omawiany schemat, który łączy ze sobą elementy mikro- i nanowytwarzania. Obszary z dużą domieszką elektronów i dziur włączono do urządzenia z ambipolarnymi kropkami kwantowymi, składającego się z dwóch warstw. Na styku Si/SiO2 powstaje gaz elektronowy lub dziurowy w warstwie Pb. Warstwa pełniąca rolę bariery kontroluje lokalną gęstość nośników ładunku. Układ ambipolarny wspiera działanie urządzenia SISQ jako kropki kwantowej wiążącej jednocześnie elektron i dziurę. Ponadto można ocenić przydatność kubitów realizowanych przez stan spinowy elektronów i dziur oraz wykorzystać zalety każdego z kubitów do rozwoju technologii kwantowej metal-tlenek-półprzewodnik w przyszłości.
Słowa kluczowe
Ambipolarne, kropki kwantowe, przetwarzanie informacji kwantowej, krzem, kubit, SISQ
