[发明专利]量子比特设备和用于操作量子比特设备的方法

权利要求书

1.一种量子比特设备(100)，包括：

半导体衬底层(110)；

一组控制栅(112，114，116)，该组控制栅被配置成沿着该衬底层(110)限定一行静电限制量子点(122)，每个量子点(122)适于保持量子比特；以及

一组纳米磁体(124)，该组纳米磁体在该衬底层(110)上方布置成行，以使得纳米磁体(124)布置在该行量子点(122)中的每隔一个量子点(122a)上方，

其中每个纳米磁体(124)具有相对于该衬底层(110)的面外磁化，并且其中每隔一个量子点(122a)经受由相应纳米磁体(124)产生的面外磁场，以使得每隔一个量子点(124a)的量子比特自旋谐振频率相对于该行量子点中的邻近量子点(122b)偏移。

2.根据权利要求1所述的量子比特设备(100)，其中，所述每隔一个量子点(122a)具有相同的第一量子比特自旋谐振频率，并且每个所述邻近量子点(122b)具有相同的第二自旋谐振频率。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的量子比特设备(100)，其中，该组控制栅包括沿着该行量子点(122)的纵向方向交替布置的势垒栅(112)和柱塞栅(114)，其中这些势垒栅(112)被配置成在该行量子点的纵向方向上限制这些量子点(122)，这些柱塞栅(114)被配置成控制相应量子点的电势，并且该组纳米磁体(124)被布置在每隔一个柱塞栅(114)上方。

4.根据权利要求3所述的量子比特设备(100)，其中，该组控制栅进一步包括一对纵向限制栅(116)，该对纵向限制栅布置在该行量子点(122)的相互相对侧处，以侧向地限制这些量子点(122)。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的量子比特设备(100)，其中，这些势垒栅(112)具有相同栅长度，并且以规则的间距布置，并且其中这些柱塞栅(114)具有相同栅长度，并且每个柱塞栅(114)在相应的一对势垒栅(112)之间居中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的量子比特设备(100)，其中，该组纳米磁体(124)被布置在该组控制栅(112，114，116)上方的共同层级处。

7.根据前述权利要求中任一项所述的量子比特设备(100)，进一步包括布置在该衬底层(110)上并嵌入该组控制栅(112，114，116)的电介质层结构(120)，其中这些量子点(122)被限定在该衬底层(100)与该电介质层结构(120)之间的界面处。

8.根据前述权利要求中任一项所述的量子比特设备(100)，其中，该量子比特设备(100)被配置成：将量子比特从邻近量子点(122b)转移到所述每隔一个量子点(122a)中的所选择的量子点，这是通过改变与该所选择的量子点相关联的柱塞栅(114a)的电势以及与所述邻近量子点(122b)相关联的柱塞栅(114b)的电势而进行的；并且在该所选择的量子点处向该所选择的量子比特供应射频电或磁控制场，以控制该所选择的量子比特的自旋状态。

9.根据前述权利要求中任一项所述的量子比特设备(100)，其中，由每个纳米磁体(124)产生的该磁场在下方的该量子点处诱发出具有非零面内分量的空间磁梯度场。

10.根据权利要求9所述的量子比特设备(100)，其中，该量子比特设备(100)被配置成通过以下方式来控制保持在量子点(122a)处的量子比特的自旋状态：使用布置在该行量子点(122)的相对侧处的一对控制栅(116)，使该量子比特沿着横向于该行量子比特(122)的纵向方向的方向在该磁梯度场内空间振荡。

11.根据前述权利要求中任一项所述的量子比特设备(100)，进一步包括连接到该组控制栅的柱塞栅(114a)的一个或多个射频谐振器(132)。