量子コンピューティング実現に向けた化合物半導体基本量子論理ゲートの開発

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本研究の目的は、化合物半導体を用いた量子論理ゲートの要素技術開発および基本ゲートの試作・評価である。平成13年度の研究成果は、次の通りである。1.より現実的な量子論理アーキテクチャとして、二分決定グラフ(BDD)を取り上げ、これを化合物半導体量子細線六角形ネットワーク構造とナノショットキーゲートにより実装する手法を考案した。2.上記量子BDD回路の基本素子となる量子節点デバイスを試作し、その基本スイッチング動作を、量子輸送モードおよび古典電流輸送モードにおいて確認した。また、量子BDD基本論理回路(OR,AND,排他的論理和)や半加算器を試作し、正しい論理演算を実行することを示した。さらに、本回路が、極低温から室温まで演算可能であること、および、電力・遅延積がSi CMOS論理ゲートのそれより一桁以上低くなることを示した。3.量子細線形および単電子形2ビット全加算器の試作を行い、14個の量子節点デバイスを集積化するとともに、集積度10^7cm^<-2>を達成した。4.量子論理ゲートの基本構造となる量子ナノ細線を、電子閉じこめが強いAlGaN/GaNヘテロ構造をドライエッチングにより形成する手法を検討し、加工細線幅110nmのエッチングナノ細線の形成を可能にした。5.デバイス設計のために、ナノショットキーゲート特性に関し解析を進め、ナノサイズショットキーゲートでは、ポテンシャル制御性がゲートサイズに強く依存し、ゲート周辺の表面フェルミ準位ピンニングの影響を強く受けることを理論的・実験的に明らかにし、および、表面準位の過充放電による実効的なゲート長の変動について実験と理論の比較により指摘した。