本公開的各方面關(guān)于量子處理系統(tǒng)，并且更具體而言，關(guān)于工程化的量子處理元件。

背景技術(shù)：

1、大型量子處理系統(tǒng)有望帶來技術(shù)革命，有望解決經(jīng)典機器無法解決的問題。迄今為止，已經(jīng)提出了許多不同的結(jié)構(gòu)、材料及架構(gòu)來實現(xiàn)量子處理系統(tǒng)并制造它們的基本信息單元(量子比特(quantum?bit)或量子位(qubit))。量子位可以理解為編碼成兩個離散能級的量子力學系統(tǒng)。

2、半導體自旋量子位現(xiàn)已達到足夠高的質(zhì)量因子，可以設想用于量子信息處理的糾錯架構(gòu)，但在可用硅片展示可行的量子計算處理器之前，仍有幾個懸而未決的挑戰(zhàn)有待解決。

3、然而，在商業(yè)化制造此類大型量子計算機之前，需要克服許多障礙。其中一個此類障礙是對量子位的控制。迄今為止，已經(jīng)提出了幾種控制量子位狀態(tài)的技術(shù)，但這些技術(shù)要么不能有效地等比增大，要么導致更快的去相干。在半導體中操縱基于自旋的量子位，特別是對量子位的自旋狀態(tài)進行快速操作是構(gòu)建量子柵極的重要途徑。特別地，快速、可單獨尋址的量子位操作對于可擴展架構(gòu)至關(guān)重要。

4、因此，需要一種可擴展的量子位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時控制多個量子位，而不會對量子位的操作產(chǎn)生不利影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種工程化的量子處理元件，其包括：半導體基板；電介質(zhì)材料，與半導體基板形成界面；摻雜劑點，包括多個摻雜劑原子以及一個或多個限制在摻雜劑點內(nèi)的電子/空穴，其中多個摻雜劑原子相對于半導體基板的幾何配置經(jīng)工程化以實現(xiàn)最佳線性超精細斯塔克(stark)系數(shù)。

2、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造工程化的量子處理元件的方法，該方法包括：將半導體基板暴露于原子氫h以形成h單層，并且鈍化半導體基板的表面；通過向stm尖端施加適當?shù)碾妷汉退泶╇娏?，從鈍化表面選擇性地解吸h原子，從而在h單層中形成多個貼片；其中多個貼片之間的距離和多個貼片沿半導體晶格方向的取向被選擇為實現(xiàn)大的線性超精細stark系數(shù)；以及在h單層中的多個貼片中的每一者中結(jié)合至少一個供體原子，以形成供體分子。

技術(shù)特征：

1.一種工程化的量子處理元件，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程化的量子處理元件，其中，所述多個摻雜劑原子之間的距離以及所述多個摻雜劑原子相對于彼此和所述半導體基板的取向被工程化以實現(xiàn)最佳線性超精細stark系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工程化的量子處理元件，其中，所述多個摻雜劑原子之間的距離以及所述多個摻雜劑原子在所述半導體基板內(nèi)的取向被工程化以實現(xiàn)近似數(shù)十或更大mhz/mvm-1的線性超精細stark系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的工程化的量子處理元件，其中，所述摻雜劑點包括兩個供體原子。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的工程化的量子處理元件，其中，所述摻雜劑點包括三個供體原子。

6.根據(jù)權(quán)利要求4至5中任一項所述的工程化的量子處理元件，其中，所述供體原子是磷原子。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的工程化的量子處理元件，其中，相鄰摻雜劑原子之間的距離高達30納米。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的工程化的量子處理元件，其中，相鄰摻雜劑原子之間的距離高達6納米。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工程化的量子處理元件，其中，相鄰摻雜劑原子之間的所述距離在3-5納米之間。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工程化的量子處理元件，其中，所述相鄰摻雜劑原子沿所述半導體基板的[110]晶軸定位。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的量子處理元件，具有大約105mhz的stark偏移和5mv/m的電場。

12.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的量子處理元件，其中，所述摻雜劑原子之間的距離在0.5-1納米之間。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的量子處理元件，其中，所述摻雜劑原子沿所述半導體基板的[130]晶軸定位。

14.一種量子處理系統(tǒng)，包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的工程化的量子處理元件。

15.一種工程化的量子處理元件的制造方法，所述方法包括：

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造方法，還包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項所述的制造方法，其中，選擇性地解吸h原子還包括：解吸h原子以創(chuàng)建一個或多個貼片，所述一個或多個貼片用于創(chuàng)建一個或多個面內(nèi)柵極。

18.根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項所述的制造方法，還包括：

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制造方法，還包括：向所述一個或多個柵極施加電壓以使電子被限制在所述供體分子中。

20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項所述的制造方法，其中，所述半導體基板內(nèi)的所述多個貼片之間的距離被工程化以實現(xiàn)近似數(shù)十或更大mhz/mvm-1的線性超精細stark系數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
公開了工程化的量子處理元件。工程化的量子處理元件包括嵌入在半導體基板中的摻雜劑點。電介質(zhì)材料與半導體基板形成界面。摻雜劑點包括多個摻雜劑原子以及限制在摻雜劑點內(nèi)的一個或多個電子/空穴。多個摻雜劑原子相對于半導體基板的幾何配置被工程化以實現(xiàn)最佳線性超精細Stark系數(shù)。此外，本公開的各方面針對制造這種工程化的量子處理元件的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：L·克蘭茨,M·Y·西蒙斯,R·拉赫曼,P·馬哈,M·瓊斯
受保護的技術(shù)使用者：硅量子計算私人有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26