[发明专利]量子电子器件

说明书

本公开涉及用于存储量子比特的量子电子器件。具体地说，本公开涉及一种量子电子器件，包括：碳纳米球体，适配成存储通过电子自旋所表示的量子比特；以及控制和读取器件，用于设置所述量子比特并且读取碳纳米球体上所存储的量子比特。碳纳米球体上所存储的量子比特在室温具有长电子自旋寿命。本公开还涉及一种用于量子计算的方法。所述方法包括：在碳纳米球体上存储通过电子自旋所表示的量子比特；对量子比特执行量子运算，以生成结果量子比特；以及从纳米球体读取结果量子比特。还提供一种自旋电子器件，包括：多个碳纳米球体，适配成在该碳纳米球体中提供通过电子自旋所表示的量子比特；以及控制器件，用于促进量子比特之间的相互作用，以执行量子运算。

相关申请的交叉引用

本申请要求来自于2015年12月3日提交的澳大利亚临时专利申请号2015905019的优先权，其内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本公开涉及用于存储量子比特的量子电子器件。

背景技术

当前计算机系统包括用于传送信息的信号线以及用于存储信息的存储电容器。电压源对信号线和存储电容器进行充电和放电，以表示信息。例如，信号线或存储电容器上的+5V的电压表示逻辑“1”，0V的电压表示逻辑“0”。在“0”与“1”之间改变比特涉及以大量电子的形式传输电子电荷。

用于表示信息的更强大的方式是使用单电子自旋。电子自旋表示双态量子力学系统，其为量子计算机的基本构建块。

然而，使用电子自旋时的问题在于，其寿命(τ_S)在室温对于实际应用是太短的。用于实现更长寿命的一种解决方案是将量子力学系统冷却到低于4K。这使得τ_S超过100ns。这种长寿命允许连同电荷的运动一起操控电子自旋，以执行多个运算。当然，这种冷却要求对于商业发布的产品是不实际的，因为这些产品对于家庭、办公室和移动应用将太大、太重、太昂贵并且消耗太多的能量。

对本说明书中已经包括的文献、动作、材料、器件、物品等的讨论并不会被视为承认：当在本申请的每一权利要求的优先权日期之前存在任何或所有这些内容时，其形成现有技术基础的一部分或是与本公开有关的领域中的公知常识。

贯穿该说明书，词语“包括(comprise)”或其变形(例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”)将理解为暗指包括所声明的要素、整体或步骤、或要素、整体或步骤的群组，但不排除任何其它要素、整体或步骤、或要素、整体或步骤的群组。

发明内容

一种量子电子器件，包括：碳纳米球体，适配成存储通过电子自旋所表示的量子比特；以及控制和读取器件，用于设置所述量子比特并且读取所述碳纳米球体上所存储的所述量子比特。优点在于，碳纳米球体上所存储的量子比特在室温具有长电子自旋寿命。

所述碳纳米球体可以具有10nm至150nm之间的直径，或可以具有35nm的直径。

所述碳纳米球体可以处于-40摄氏度至+40摄氏度之间的温度，或可以处于室温。

一种用于量子计算的方法，所述方法包括：在碳纳米球体上存储通过电子自旋所表示的量子比特；对所述量子比特执行量子运算，以生成结果量子比特；以及从所述纳米球体读取所述结果量子比特。

一种自旋电子器件，包括：多个碳纳米球体，其中的每一个适配成在该碳纳米球体中提供通过电子自旋所表示的量子比特；以及控制器件，用于促进所述多个碳纳米球体上的所述量子比特之间的相互作用，以执行量子运算。

所述自旋电子器件可以还包括：导体，耦合到所述碳纳米球体，以提供对携带所述电子自旋的电子的传输。所述导体可以包括石墨烯结构。

所述自旋电子器件可以还包括：与所述多个碳纳米球体中的每一个关联的电极。