Controlling electron spins in silicon/ Manipuler le spin des électrons dans le silicium

控制硅中的电子自旋/硅中电子自旋操纵器

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2014-04323
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.06万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2017-01-01 至 2018-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

From the most powerful computer on the planet to the iPad, today’s technologies could not exist without the transistor and the laser, two inventions having their origin in quantum mechanics. Powered by these two inventions, information and communication technologies have grown to one of the most important industries in the country, with a 67 billion dollars contribution to the gross domestic product. Around the world, scientists are developing a new generation of computers and communication systems that actively use quantum mechanical effects and that will revolutionize the way we treat and distribute information. This « 2.0 » version of information and communication technologies is based on the quantum bit, or « qubit ». Based on recent breakthroughs in controlling single spins in the solid-state, my research program aims at developing robust and scalable qubits for the practical realization of a quantum information processor. Electron spins can now be manipulated with extremely high precision, reaching fidelity greater than 99.9% for a single electron spin bounded to a phosphorous donor in isotopically purified silicon, one of the highest fidelity reported among all known solid-state qubits. However, donors are more difficult to scale in comparison to quantum dots, while similar fidelities are expected with purified silicon dots. My group will use spin qubits confined in silicon quantum dots as a platform for robust and scalable quantum information processing. The scalability of quantum dots arises from both 50 years of industrial advancement in micro-fabrication, and the fact that spins can be coupled together and decoupled from each other efficiently in quantum dots. Using my expertise on spin manipulation with micro-magnets, we will accomplish the fastest single spin rotations in silicon and the most advanced two-qubit gates for spins. In the long term, I plan to fabricate a silicon quantum processor prototype with the tools that will be developed during this NSERC Discovery grant.Since silicon qubits are compatible with the infrastructure set up by the microelectronic industry to mass-produce computer chips, the commercialization potential of my research is immediate. Before stepping up to commercial applications, more fundamental studies like this program are needed. Only then will we be able to control thousands of spins assembled in one chip to solve the next challenges of quantum information processing. The accomplishments made in my laboratory will contribute significantly to the effort actually deployed into quantum information science in Canada and around the world. With my NSERC-supported research I will continue to train physicists and engineers in a state-of-the-art and stimulating research environment. These young researchers will play an active role in the development of a field that will have transformative effects on our society.
从地球上最强大的计算机到iPad,如果没有晶体管和激光,今天的技术就不可能存在,这两项发明都起源于量子力学。在这两项发明的推动下,信息和通信技术已发展成为该国最重要的产业之一,为国内生产总值贡献了670亿美元。在世界各地,科学家们正在开发新一代计算机和通信系统,这些系统积极利用量子力学效应,并将彻底改变我们处理和分发信息的方式。这个信息和通信技术的“2.0”版本是基于量子比特或“qubit”。基于最近在控制固态单自旋方面的突破,我的研究计划旨在开发强大且可扩展的量子位,用于量子信息处理器的实际实现。电子自旋现在可以以极高的精度进行操纵,对于与同位素纯化硅中的磷供体结合的单个电子自旋,保真度大于99.9%,这是所有已知固态量子比特中报道的最高保真度之一。然而,与量子点相比,供体更难以规模化,而用纯化的硅点预期类似的结晶度。我的团队将使用限制在硅量子点中的自旋量子位作为鲁棒性和可扩展的量子信息处理平台。量子点的可扩展性源于50年来微制造的工业进步,以及量子点中自旋可以有效地耦合在一起和相互解耦的事实。利用我在微磁体自旋操纵方面的专业知识,我们将在硅中实现最快的单自旋旋转和最先进的双量子位自旋门。从长远来看,我计划用NSERC探索基金会资助的工具制造一个硅量子处理器原型。由于硅量子比特与微电子行业为大规模生产计算机芯片而建立的基础设施兼容,我的研究的商业化潜力是立竿见影的。在进入商业应用之前,还需要像这个项目这样的基础研究。只有这样,我们才能控制在一个芯片中组装的数千个自旋,以解决量子信息处理的下一个挑战。在我的实验室取得的成就将大大有助于在加拿大和世界各地实际部署到量子信息科学的努力。通过我的NSERC支持的研究,我将继续在最先进和刺激的研究环境中培训物理学家和工程师。这些年轻的研究人员将在一个将对我们的社会产生变革性影响的领域的发展中发挥积极作用。

项目成果

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