Si-LSIによる量子計算機実現に関する基礎的研究

利用Si-LSI实现量子计算机的基础研究

基本信息

批准号：
12875065
负责人：
中島康治
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

量子計算の実現のためには、キュビットの実現、ハミルトニアンの制御、読み出し等の要素技術の開発が必要である。Si系の核スピンを利用した量子計算機実現の立場からこれら要素技術に関して考察した。キュビット実現に関しては、STMとCVDを組み合わせた方法とイオン注入を用いた方法の比較検討から前者の優位性を確認し、必要な装置の設計を行った。また、不純物拡散やアイソトープの問題を検討した。キュビットの読み出しに関しては、残念ながらキュビットの実現までに至らなかったため読み出しの実験はできなかったが基本素子である単電子トランジスタの製作技術を確立した。電子ビーム露光とAI膜の斜め蒸着を組み合わせることにより数nmのトンネル接合の形成に成功した。この結果を国際会議にて報告した。また量子計算の実用化のためには、汎用性のある計算アルゴリズムの開発が不可欠であることが指摘されている。この観点から組み合わせ最適化問題を解くハミルトニアンの断熱変化に着目し、これを使ってNクィーン問題の正解が得られることを計算機シミュレーションによって確認した。しかしこのアルゴリズムを物理的に実現するには多くの困難があることから、新たにニューラルネットワークの手法を導入した制約の少ない新しい断熱変化アルゴリズムの開発に取り組んだ。シミュレーションにより性能検証を行い、これら結果を国際会議にて報告した。量子計算の物理的実現は将来の課題として残ったが、本研究の基礎実験や理論的解析結果から、Si量子計算機実現のための多くの有益な知見を得た。

为了实现量子计算，有必要开发元素技术，例如实现量子，哈密顿控制和读数。从基于SI的核旋转实现量子计算机的角度讨论了这些元素技术。关于量子位的实现，我们通过比较将STM和CVD和使用离子植入的方法进行比较，并设计了必要的设备，从而确认了前者的优势。我们还研究了杂质扩散和同位素的问题。不幸的是，由于不可能进行Qubit读数，我们无法执行读数实验，但是我们已经建立了一种用于制造单电子晶体管（基本元素）的技术。通过将电子束暴露和AI膜的倾斜沉积结合在一起，我们成功地形成了几个NM的隧道连接。结果是在国际会议上报告的。还指出，开发一种多功能计算算法对于实际应用量子计算至关重要。从这个角度来看，我们专注于解决组合优化问题的汉密尔顿人的绝热变化，并通过计算机模拟确认，可以使用此问题获得对N-Queen问题的正确答案。但是，在物理上实现这种算法有很多困难，因此我们致力于开发一种新的，低限制的绝热变化算法，该算法引入了一种新的神经网络技术。使用模拟进行了绩效验证，并在国际会议上进行了报告。尽管量子计算的物理实现仍然是未来的问题，但从基本实验和本研究的理论分析结果中获得了许多实现SI量子计算机的有用发现。