Квантовые компьютеры: надежды и реальность - Валиев К.А.
Скачать (прямая ссылка):
Другого типа вариант оптически управляемых кубитов был предложен JI. Опёновым [6.14]. В качестве кубита рассматривалась па-
304
Глава 6
ра одинаковых двухуровневых квантовых точек с высоким разделяющим барьером. Двумя состояниями кубита являлись два основных орбитальных состояния этой пары точек, соответствующие хорошей локализации электрона в одной из точек. Существенно, что в этих состояниях электрон имеет очень большое время декогерентизации. Заметную вероятность когерентным образом перейти из одной точки в другую электрон приобретает лишь при переводе его резонансным лазерным 7г-импульсом в возбужденное состояние с уровнем энергии вблизи края потенциальной ямы. Было показано, что при определенных значениях частоты, длительности и интенсивности лазерного импульса электрон перейдет с вероятностью близкой к единице из основного локализованного состояния в одной квантовой точке в локализованное основное состояние другой квантовой точки, что дает возможность осуществить однокубитовую обратимую операции NOT.
Оптически управляемые двухкубитовые операции CNOT могут выполняться на двух парах квантовых точек, соответствующих контролируемому и контролирующему кубитам, с использованием еще одной дополнительной квантовой точки с меньшими размерами, расположенной у контролируемого кубита в области разделяющего барьера [6.15]. Энергия основного состояния последней близка к вершине потенциального барьера и поэтому волновые функции основного состояния электрона малой квантовой точки и более протяженных возбужденных состояний больших квантовых точек при оптическом возбуждении перекрываются и все квантовые точки начинают взаимодействовать между собой подобно атомам в молекуле. Структуры, состоящие из нескольких взаимодействующих между собой квантовых точек, стали называть «искусственными молекулами». Взаимодействие между кубитами, необходимое для выполнения двухкубитовой операции, осуществляется за счет гибридизацию их возбужденных состояний и основного состояния той же малой квантовой точки, которая благодаря параллельному сдвигу одного кубита относительно другого, оказывается расположенной еще и вблизи одной из больших точек контролирующего кубита. Таким образом, воздействие через нее на контролируемый кубит либо произойдет, если электрон на большой точке контролирующего кубита локализован (состояние 11)), либо не произойдет, если он не локализован (состояние |0».
6.3. Квантовые компьютеры на квантовых точках
305
6.3.2. Кубит на одной квантовой точке, разделенной управляемым потенциальным барьером
Численное моделирование квантового кубита на квантовой точке, сформированной в арсениде галлия, с круговой цилиндрической симметрией, разделенной на две симметричные части дополнительным потенциальным барьером гауссовой формы, который создает два одинаковых потенциальных минимума на расстоянии порядка десятка нанометров друг от друга, было выполнено в [6.16]. Предполагалось, что система находится при низких температурах порядка милликельвинов, при которых кТ много меньше энергии возбуждения электронных квантовых состояний, что обеспечивает их исходную инициализацию и требуемую когерентность. В качестве логических состояний служили полностью локализованные состояния электрона в минимумах потенциала при достаточно большой высоте потенциального барьера. Считывание состояний кубита предполагается выполнять, используя одноэлектронные методы для соответствующей пары считывающих затворов, расположенных вблизи потенциальных минимумов квантовой точки. Кубит управляется с помощью центрального контролирующего затвора, изменяющего, в отличие о варианта Таномото, высоту разделяющего потенциального барьера. Были рассмотрены способы осуществления основных квантовых операций. Однокубитовая операция производится, как и в предыдущем случае, путем выбора соответствующей длительности импульса напряжения на центральном контролирующем затворе.
При выполнении операции CNOT контролирующий кубит располагается таким образом, чтобы один из минимумов его потенциала, в котором находится или отсутствует электрон (соответственно, состояния |1) и |0», оказывается вблизи потенциального барьера соседнего контролируемого кубита, повернутого на угол п/2. Следовательно, контролирующий кубит может в зависимости от своего состояния изменять величину этого барьера, включая (или не включая) в контролируемом кубите операцию NOT. Например, если состояние контролирующего кубита |0) соответствует отсутствию электрона в ближайшем к потенциальному барьеру контролируемого кубита минимуме контролирующего кубита, то изменение высоты барьера контролируемого кубита будет минимально и для выполнения операции NOT на нем потребуется длительность воздействующего на него импульса ^noto? а если это состояние 11), то происходит существенное увеличение высоты барье-
306
Глава 6
ра и потребуется другая большая продолжительность импульса ?noti-Продолжительность импульсного воздействия на контролирующий кубит fcNOT выбирается следующим образом:
