【前沿资讯】欧洲科学家利用InGaAs和GaAs开展量子计算机研究
[据化合物半导体网站2015年12月3日报道] 慕尼黑工业大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室及斯坦福大学（美国）的物理学家已经追踪到会导致存储信息的丢失的半导体纳米结构机制，并用外部磁场防止信息丢失。新的纳米结构由常见的半导体材料采用标准制造工艺制备出来。
量子位是量子信息处理（QIP）的基本逻辑元素，代表了计算机技术的未来。由于采用量子力学的方式处理问题，量子计算机或许未来能够以远远超过目前技术水平的速度更快地解决复杂的问题，这也是研究人员的希望。
理论上，有许多实现量子位的可能性：光子是一个选项，受控离子或原子同样可行，其状态可以通过激光有针对性地改变。这些作为存储器单元潜在用途的关键问题是信息可以在系统中存储多久，以及哪些机制可能导致信息丢失。
一组以亚力山大·贝克托尔德、慕尼黑工业大学沃尔特肖特基研究所乔纳森芬利教授和慕尼黑纳米中心（NIM）为首的物理学家已经提出了单个电子被困在一个半导体纳米结构中的系统。在这里，电子自旋作为信息载体。
研究人员能够精确地展示不同的数据丢失机制，同时也展示了还能够使用外部磁场保留存储的信息。
在慕尼黑工业大学物理学家通过蒸发将砷化铟镓（InGaAs）沉积到砷化镓（GaAs）衬底上，形成纳米结构。由于两个半导体材料晶格间距不同，在晶格界面出会产生应变。因此，该系统形成了纳米级的“山头”，称为量子点。
当量子点冷却到液氦的温度和光激发，一个烧毛电子可以捕获在每个量子点。电子的自旋态可被用来作为信息存储。激光脉冲可以读取和从外光改变状态。这使得系统理想作为构建块以供将来量子计算机。
当量子点被冷却到液氦温度并被光激发时，单个电子可以被困在量子点中。电子的自旋态可以用作信息存储。激光脉冲可以从外部读取和改变电子的光学态。这使得该系统可作为未来量子计算机的理想构建块。
自旋向上或自旋向下对应于标准逻辑信息单元0和1。但是，在此之上，量子力学上下叠加会产生一个额外的中间状态。
据亚力山大·贝克托尔德称，半导体材料的应变导致一个新的、直到目前还无法了解的量子信息损失机制。该应变在半导体中产生微小的电场，影响原子核的核自旋方向。这是一种压电效应，会导致核自旋自由的波动。也就是说，这会改变电子的自旋状态，即改变所存储的信息。该信息在几百纳秒丢失。
此外，亚力山大·贝克托尔德团队能够进一步提供信息丢失机制的具体证据，例如该电子自旋普遍会受到周围的100,000原子核自旋的影响。
当施加大约1.5特斯拉的磁场时，这两种信息损失通道可以关闭。这相当于永久强磁铁的磁场强度。它可以稳定核自旋并且使编码信息保持不变。贝希托德解释说。
该研究小组的负责人乔纳森·芬利表示，总体而言，该系统是非常有前途的。“由使用了相似的半导体材料，半导体量子点具有与现代计算机技术完全协调的优点。”甚至可以配备电触点，使它们不仅能够通过激光来控制，还使用电压脉冲来控制。
该研究是由欧盟（S3 Nano和BaCaTeC）、美国能源署、美国陆军研究办公室、德国研究基金会、亚历山大·冯·洪堡基金会以及慕尼黑工业大学高等研究院（焦点小组纳米光学和量子光学）资助。
（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子科学技术情报研究所 张慧）
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