[实用新型]可扩展量子比特结构

说明书

一种可扩展量子比特结构，结构包括：基片(100)，其上形成有阵列排布的矩形槽(102)，矩形槽(102)两侧生长有定位型自组织锗硅纳米线(103)，定位型自组织锗硅纳米线(103)的位置及尺寸可控；源漏电极设于定位型自组织锗硅纳米线(103)的两端；源漏外围大电极(300)，连接源漏电极；绝缘层(400)，其形成在源漏外围大电极(300)上方，绝缘层(400)上形成有分立的电荷感应量子点顶层金属栅极(401)与被探测量子点顶层金属栅极(402)；顶层外围大电极(500)，连接顶层金属栅极。该量子比特结构的空穴量子自旋比特拥有更长的相干时间，有利于量子比特结构的扩展，且测量方式属于非破坏性测量，灵敏度高。

技术领域

本公开涉及量子计算领域，特别是涉及一种可扩展量子比特结构。

背景技术

随着芯片集成度进入了纳米级的尺寸，量子力学效应已经不可忽略，为了进一步促进芯片领域的发展，物理学家便提出了量子计算的概念。其中，基于半导体量子点的量子计算体系，在一些特定问题上比经典方案具有更高的效率，从而吸引了科研界与工业界的极大关注。

基于半导体量子点的量子计算体系，需要通过一系列对量子比特的操作来完成量子计算，因此，量子比特的相干时间和比特数目对量子计算系统的计算能力和复杂度具有直接的决定性意义。在半导体材料中，IV族元素中的锗和硅，由于拥有较长的自旋量子比特寿命和相位退相干时间，被认为是最佳的半导体量子点量子计算材料体系。其中锗材料中的空穴载流子在拥有长自旋量子比特相干时间的同时，有着更强的自旋轨道耦合作用，可以更快地进行比特操控，从而实现达到容错量子计算阈值的量子比特体系。基于上述原因，基于锗硅材料制备的量子点是实现高保真度半导体量子计算的优秀平台。

相关技术中，已提出基于硅锗二维电子气制备带探测通道的多量子点结构，但该方法存在数目限制、电极尺寸精度限制以及制备可扩展量子比特结构限制等技术问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对于上述技术问题，本公开提出一种可扩展量子比特结构，用于至少部分解决现有技术中基于硅锗二维电子气制备带探测通道的多量子点结构的数目限制、电极尺寸精度限制以及制备可扩展量子比特结构限制等技术问题。

(二)技术方案

根据本公开第一方面，提供一种可扩展量子比特结构，包括：基片100，其上形成有阵列排布的矩形槽102，矩形槽102两侧生长有定位型自组织锗硅纳米线103，定位型自组织锗硅纳米线103的位置及尺寸可控；电荷感应量子点源极301及电荷感应量子点漏极302，其分别设于一定位型自组织锗硅纳米线103的两端；被探测量子点源极303及被探测量子点漏极304，其分别设于与该定位型自组织锗硅纳米线103相邻的定位型自组织锗硅纳米线103两端；源漏外围大电极300，连接电荷感应量子点源极301、电荷感应量子点漏极302、被探测量子点源极303及被探测量子点漏极304；绝缘层400，其形成在源漏外围大电极300上方，绝缘层400上形成有分立的电荷感应量子点顶层金属栅极401与被探测量子点顶层金属栅极402，电荷感应量子点顶层金属栅极401设于电荷感应量子点源极301与电荷感应量子点漏极302之间，被探测量子点顶层金属栅极402设于被探测量子点源极303及被探测量子点漏极304之间；顶层外围大电极500，连接电荷感应量子点顶层金属栅极401及被探测量子点顶层金属栅极 402。

可选的，定位型自组织锗硅纳米线103的长度范围为1～3um，宽度范围为60～150nm，高度范围为4～6nm。

可选的，基片100的厚度范围为600～800um。

可选的，矩形槽102的长度范围为2～4um，宽度范围为300～500 nm，深度范围为60～90nm。

可选的，电荷感应量子点顶层金属栅极401与被探测量子点顶层金属栅极402为条带状，条带状的宽度为20～60nm。