CN114424345A - 用于量子位的逻辑互连的电子结构部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，所述电子结构部件由半导体部件或类半导体结构形成，所述电子结构部件包括：具有二维电子气或电子空穴气的基底(12)；和具有栅电极(122,124,126,128)的栅电极组件(116,118,120)，所述栅电极组件布置在所述电子结构部件(10,110,210,310,410)的面(14)上。电接触部连接以为了将栅电极组件(116,118,120)与电压源连接。栅电极组件(116,118,120)的栅电极(122,124,126,128)具有平行伸延的电极指(132,134,136,138)。

Description

用于量子位的逻辑互连的电子结构部件
技术领域
本发明涉及一种用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件，所述电子结构部件由半导体部件或类半导体结构形成，所述电子结构部件包括：
a)具有二维电子气或电子空穴气的基底；
b)具有栅电极的栅电极组件，所述栅电极组件布置在所述电子结构部件的面上；
c)用于将栅电极组件与电压源连接的电接触部；
d)栅电极组件的栅电极具有平行伸延的电极指。
背景技术
传统计算机使用带有集成电路的半导体构件工作。这些电路始终在基于逻辑“0”或“1”(即开关“开”或“关”)的系统的情况下工作。在半导体存储器的情况下，这通过以下方式实现，即，电位要么高于要么低于阈值。这两种状态构成了计算机中的最小单位，并且称为“比特”。
这些半导体构件通常由掺杂的硅元素组成以实现电路。那么例如，晶体管电路可以布置在这样的半导体构件中并且相联以形成逻辑电路。由于不断改进的化学和物理制造工艺，这些半导体构件在此期间能以越来越极限的紧凑性生产。然而，这种紧凑性正在达到其物理极限。电路的密度和温度通常都会导致在这种半导体构件中出现问题。因此尤其是，还可以通过更多的层模型、更高的开关节拍或还有在半导体材料的选择时来实现优化。然而，对于许多应用来说，例如在密码技术或计算天气或气候模型时，由于数据量巨大，计算能力通常是不够的。
为了显著提高计算能力，针对所谓的量子计算机的模型早已为人所知。然而，从技术上讲，由于各种原因，量子计算机迄今尚未实现。量子计算机的模型设置成：利用粒子(例如电子)的量子力学状态。在此，具有两个状态作为用于存储信息的最小单位的量子力学体系称为“量子位(Qubit)”。量子位例如通过量子力学状态“向上”自旋和“向下”自旋来定义。
无论相应选择何种材料体系，电子自旋量子位的原理始终相同。在此，半导体异质结构用作基底。半导体异质结构包含二维电子气(2DEG)。半导体异质结构是在彼此之上生长的具有不同成分的半导体单晶层。这些层结构在其电子和光学特性方面提供了许多技术相关的量子化效应。因此它们特别适用于微电子部件的制造。目前用于制造半导体异质结构的最重要的材料组合是GaAs/AlGaAs体系。
半导体异质结构在此在不同材料的界面上形成所谓的量子薄膜。所述量子薄膜尤其是由于两种材料中不同的能量比而出现。由此预设的能量分布导致来自周围环境的电荷载体聚集在量子薄膜中。在那里，电荷载体在其运动自由度方面很大程度地局限于所述层，并形成二维电子气(2DEG)。
纳米材料结构称为量子点。半导体材料特别适合于此。电荷载体(不仅电子而且还有空穴)在一量子点中在其可运动性方面如此程度地受到限制，使得其能量不再能够具有连续值，而始终只能还具有离散值。二维电子气(2DEG)内的势景观借助施加到部件表面上的纳米级栅电极(所谓的栅极)形成，从而可以将单个电子捕获在量子点中。然后这些电子的自旋用作形成逻辑量子位的基础。
借助外部磁场，电子态可以关于它们的自旋态(塞曼效应)进行分裂，并且因此可以单独处理。然后这些电子的自旋用作本征态的基础，以便形成逻辑量子位。此外，由于量子力学效应，也可以实现这两种本征态的叠加态。
通过电子自旋共振(ESR)或电子偶极自旋共振(EDSR)操纵单个的量子位的方法是已知的。两个量子位操作是通过交换相互作用已知。
从US2017/0317203A1已知一种量子点装置，其包括至少三个传导层和至少两个绝缘层。在此，这三个传导层彼此电绝缘。在那描述了：一传导层由与相应其它两个传导层不同的材料组成。例如，传导层可以完全和/或部分地由铝、金、铜或多晶硅组成。而绝缘层例如由氧化硅、氮化硅和/或氧化铝组成。在此，传导层和绝缘层之间的连接尤其是引起：在使用电压脉冲的情况下使单个电子穿过装置的量子点。
在该量子点装置中，电子被准捕获在势阱(Potentialmulde)中。在此，电子通过量子力学隧穿从量子点运动到量子点。当电子在较长距离上运动时，这可能导致有关量子力学状态的信息内容不准确或失真。
WO2017/020095A1公开了一种可扩展的架构，其用于针对用于执行量子处理的处理设备的可扩展的架构。该架构基于全硅CMOS制造技术。基于晶体管的控制电路与无电势的门一起使用，以运行二维量子位阵列。量子位由包括在量子点中的单个电子的自旋态定义。在此描述了更高的层次，即如何可以例如通过晶体管等而电操控单个量子位，包括量子位操作和读出。尽管有讨论到“可扩展架构”，但所示的阵列不允许任何真正的扩展，即尤其是低温电子设备的集成，因为不能在量子位之间创造空间。
US8,164,082B2描述了一种自旋总线量子计算机架构，其包括自旋总线，该自旋总线由多个强耦合且始终基于量子位的量子位组成，其定义了自旋量子位链。大量携带信息的量子位布置在自旋总线的量子位旁边。电极形成于携带信息的量子位和自旋总线量子位，以实现控制量子位之间的耦合的建立和断开，从而实现控制每个携带信息的量子位和相邻的自旋总线量子位之间的耦合的建立和断开。自旋总线架构实现在长距离上快速且可靠地耦合量子位。
在EP3016035B1中描述了一种处理装置和用于运行该处理装置的方法，尤其是，但不排他地，该发明涉及一种可控制以执行绝热量子计算的量子处理装置。
为此，量子处理器具有以下特征：多个量子位元和具有多个控制构件的控制结构，其中，每个控制构件布置为用于控制多个量子位元。控制结构是可控制的，以在使用量子位元的情况下执行量子计算，其中，量子位元的量子状态在一个或多个施主原子(Donatoratome)的核自旋或电子自旋中被编码。施主原子布置在嵌入半导体结构中的平面中。在此，第一集合的施主原子如此布置以便用于对与量子计算相关的量子信息进行编码。
第二集合的施主原子如此布置，使得所述第二集合的施主原子实现在第一集合的施主原子中的一个或多个施主原子之间的电磁耦合。第一集合的施主原子以二维矩阵布置结构布置。多个控制构件具有第一集合的细长控制构件，其布置在包含施主原子的平面上方的第一平面中。设置有第二集合的细长的控制构件，其布置在具有施主原子的平面下方的第二平面中。
在WO2018/062991A1中，多量子位结构中的逻辑0和1状态通过物理连接和物理量子位之间适当的相互作用的实施来实现。这些结构被称为逻辑量子位并且在信息存储方面不易出错或较不易受外部影响。为了能够基本上识别和修正错误，还使用所谓的辅助量子位，所述辅助量子位在下面称为奇偶校验量子位。这样的量子位在下面称为数据量子位，该量子位的按照规定的状态借助奇偶校验量子位确定。
由New Journal of Physics 14 (2012) 123011已知了用于在量子计算机上实施算法的规则，即所谓的“表面代码”，其中涉及在数据量子位和奇偶校验量子位的二维网格上的限定的相互作用过程。为了实施复杂的算法，还必须精确地控制数据量子位和奇偶校验量子位之间的相互作用，并有选择地打开和关闭所述相互作用。该方法称为“晶格手术”，并且相应于在晶格中引入缺陷部位。
DE102019202661A1描述了用于借助奇偶校验量子位探测数据量子位的状态的方法和装置，其中，这两种类型的量子位初始彼此远离地定位，并且为了实现相互作用能够被运动并接触，以便进一步降低量子计算机的错误率。
为了实现具有能够实施逻辑电路的可能性的通用量子计算机，必须实现量子位在至少几微米的距离上耦合，以便尤其是为本地控制电子设备提供空间。必须设置有如下结构和结构元件，所述结构和结构元件可实现将量子点运送到不同目的地，以便能够建立逻辑电路。在现有技术中已经有一些方法，在所述方法中，一维或二维阵列由单独的量子点构成，然后电子可以运送通过这些量子点。由于需要非常大数量的栅电极以及由此要设定的电压，借助这种方法，在没有很大的耗费的情况下或甚至根本无法实现在几微米上的耦合。
在单个量子位上的操作已经可以在令人满意的程度下控制和评估，而将量子位互连成逻辑电路可能是一个核心的且未解决的问题，以便能够实现通用量子计算机。必须存在能限定的量子力学状态，以便能够完成实现这样的逻辑电路。
发明内容
因此，本发明的任务是，消除现有技术的缺点并且创造一种电子结构部件，所述电子结构部件允许实现带有量子点的逻辑电路。
根据本发明，所述任务通过开头提及的类型的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件来实现，其包括，
a)所述逻辑互连具有功能部件，所述功能部件具有用于产生静态势阱和/或运动的势阱的栅电极组件和/或用于处理所述基底中的量子点的势垒。
本发明基本上基于以下原理，即，为半导体设置一种结构，该结构实现对量子位的操作进行逻辑处理。所述结构需要执行逻辑运算的功能元件。借助本发明，栅电极组件如此布置在半导体上，使得所述栅电极组件形成如下功能元件，利用所述功能元件能够执行这种逻辑运算。
根据本发明的结构部件的有利设计方案基于以下原理，即，借助功能元件来在量子点中设定量子力学状态，该量子力学状态可以在较长的距离上平移穿过基底。
为此，优选地，量子点被准捕获在势阱中，该势阱通过栅电极组件以合适的方式产生。势阱则连续且定向地运动穿过基底，并且带动量子点以其量子力学状态在一定距离上运动。为了势阱的连续运动，栅电极的电极指相应地互连。量子点的量子力学状态因此可以借助当前的功能元件在较大的距离上运动。
在电子部件的优选设计方案中，栅电极组件由两个平行的栅电极组成，所述栅电极形成通道状结构。该措施用于：势阱只能在基底中的特定轨道上运动。
在这种电子部件的有利设计方案中，基底包含砷化镓(GaAs)和/或硅锗(SiGe)。这些材料能够产生二维电子气，在该二维电子气中可以产生量子点并且使量子点运动。在砷化镓的情况下，量子点被电子占据。在硅锗的情况下，量子点被缺少电子的空穴占据。
电子部件的另外的优选构造方案可以通过以下方式实现，即，分别相互连接的栅电极构造为能被周期性地和/或相移地加载电压。该措施使势阱能够连续地引导穿过基底。因此，位于势阱中的量子点可以与势阱一起平移穿过基底。在此，该量子点不失去其原始的量子力学状态。
电子部件的优选设计方案在于，栅电极的相应至少每第三个电极指相互连接。由此应确保：势阱总是在至少一个周期上得到确保，势阱在该周期上运动。只有这样，才实现势阱连同量子点的连续运动。原则上，在栅电极相互连接时，其它组合也是可能的，只要可以执行势阱与量子点一起的运动。相应地，针对根据本发明的用于电子部件的方法的有利的设计方案通过以下得到：相应至少每第三个电极指相互连接，并且周期性地被加载电压。
根据本发明的电子部件的另一有利设计方案在于，设置有用于连接量子计算机的两个量子位的器件。量子点在较大的距离上平移的状态在量子计算机的情况下特别适合。在此，适用的是将量子位相互连接。因此，电子部件必须具有将至少两个量子位互连的接触可能性，以便将量子点的量子状态从一个量子位转移到另一个量子位。
在结构部件的有利设计方案中，设置有用于使量子点的运动分岔的功能元件。
借助这种交叉或分岔，可以实现带有量子点的电路，所述带有量子点的电路在先前是不可实现的。通过这种电子部件，现在可以在量子计算机中构建逻辑电路。借助所述部件可进行逻辑电路的交联。
用于分岔的功能元件优选地包括分岔的第一和第二栅电极组件，其设置成带有不同方向的栅电极，其中，栅电极的电极指周期性地交替相互连接，这引起势阱几乎连续运动穿过基底，其中，量子点与第一栅电极组件的势阱一起在一方向上平移，并且量子点在前进运动方向改变的情况下能够从分岔的第二栅电极组件中的第一势阱移动到第二势阱。
功能元件基于以下原理：在量子点中设定量子力学状态，该量子点可以在较长的距离上平移穿过基底。为此，量子点被准捕获在势阱中，该势阱通过栅电极组件以合适的方式产生。势阱则连续且定向地运动穿过基底，并且带动量子点以其量子力学状态在距离上运动。为了势阱的连续运动，栅电极的电极指相应地互连。在分岔处，量子点偏转到分岔的栅电极组件的势阱处。量子点必须运动以为了朝着另一个或新的方向转变。借助本发明，量子点的量子力学状态因此可以在较大的距离上运动和互连。
在这种根据本发明的电子结构部件的有利设计方案中，在分岔的区域中设置有用于产生能接通的势垒组件的第三栅电极组件，所述第三栅电极组件被接通以转变所述量子点。这种势垒组件防止量子点进入与通过分岔预设的方向不同的方向。视势垒组件如何连接而定，量子点借助势阱朝着一个分岔方向或另一个分岔方向偏转。由此，也可以实现具有方向变化的特别复杂的电路。
电子结构部件的另一有利构造方案通过以下方式实现，即，设置有用于同步栅电极组件以在分岔处对量子点改变方向的器件。量子点在分岔处的转移需要栅电极的非常精确的协调，由此势阱也实际转移量子点。因此，这里提出的措施用于设置用于控制栅电极的器件，其使栅电极组件同步地彼此互连，从而实现协调的方向改变。
在电子结构部件的优选设计方案中，栅电极组件由两个平行的栅电极组成，所述栅电极形成通道状结构。该措施用于：势阱只能在基底中的特定轨道上运动。
根据本发明的电子结构部件的另一有利设计方案在于，设置有用于操纵量子点中的量子位的功能元件。借助功能元件可以在量子点中设定量子力学状态。能这样限定的量子力学状态则可以在较长的距离上平移穿过基底。
功能元件优选地具有操纵器，所述操纵器在操纵区中将量子点的量子位置于能限定的量子状态中，其中，所述操纵区设置在由第一和第二栅电极组件形成的邻接的区域中。原则上，量子位是通过电子自旋来实现。功能元件还利用了由操纵器在操纵区中在量子点中设定量子力学状态。能这样限定的量子力学状态则可以在较长的距离上平移穿过基底。为此，量子点被准捕获在势阱中，该势阱通过栅电极组件以合适的方式产生。势阱则连续且定向地运动穿过基底，并且带动量子点以其量子力学状态在距离上运动。为了势阱的连续运动，栅电极的电极指相应地互连。通过能运动的势阱量子点运送至静态势阱到操作区中。
在根据本发明的电子部件的有利设计方案中，操纵器包括用于在操纵区的区域中能接通的磁场的器件，以用于操纵量子位。磁场用于相关于自旋分裂电子状态。因此，这些新的本征态可作为形成逻辑量子位的基础。
在根据本发明的电子结构部件的另一有利构造方案中，操纵器包含用于在操纵区中产生振荡磁场或梯度磁场的器件。电子处于面内磁场梯度中，其中，磁场梯度用于能够在自旋之后分裂的本征态之间受控地切换。
根据本发明的电子结构部件的优选设计方案在于，操纵器包含微波发生器，该微波发生器将微波射入到所述操纵区中以操纵量子点。该措施用于使量子点可以在操纵区中一直运动，直到已设定所期望的量子状态。例如，微波通过栅电极照射。这些微波以受控的方式扭曲电势，从而电子开始在磁场中以受控方式振荡。自旋轨道耦合现促使可以在两种自旋状态之间切换。
根据本发明的电子结构部件的一种特别的变型还在于，操纵器包括第三栅电极组件，该第三栅电极组件具有栅电极，用于借助势阱来平移量子点，其布置在电子结构部件的面上并且与操纵区邻接地布置。由此，两个量子点可以同时平移至操纵区。
根据本发明的电子结构部件的另一有利设计方案在于，设置有用于用于读出量子点中的量子位的量子状态的功能元件。该措施用于能够在用于逻辑互连的操作时读出量子力学状态。
优选地，栅电极组件的栅电极具有平行延伸的电极指，其中，电极指在第一栅电极组件中周期性地交替相互连接，这引起势阱几乎连续运动穿过基底，其中，第一量子点与该势阱一起平移，并且第二栅电极组件的电极指形成静态势阱，在该静态势阱中设置有具有已知的量子力学状态的第二电荷载体。设置有用于探测电荷变化的传感器元件，该传感器元件检测静态势阱中的电荷，其中，第一量子点被平移至第二量子点。功能元件基本上基于物理泡利原理(Pauli-Prinzip)，即一电子能级永远不会被具有相同自旋的电子占据。一方面借助栅电极产生静态势阱，并且另一方面借助栅电极产生能运动的势阱。将量子点引入到静态势阱中，该量子点中，在一能级上的量子力学状态(在电子的情况下自旋)是已知的。借助能运动的势阱，另一量子点被引导到同一能级中的静态势阱处。如果量子力学状态不同，则该能级现在已被填充。在这种情况下，传感器元件探测到该能级上的变化的电荷。如果量子点的量子力学状态相同，则该能级不能再接纳量子点。量子力学状态在该能级上因此不改变。由此可以确定：引入的量子点具有哪种量子力学状态。
为了借助能运动的势阱将量子点引入静态势阱处，量子点必须能够在较长的距离上平移穿过基底而不改变量子力学状态。为此，量子点被准捕获在势阱中，该势阱通过栅电极组件以合适的方式产生。势阱则连续且定向地运动穿过基底，并且带动量子点以其量子力学状态在距离上运动。为了势阱的连续运动，栅电极的电极指相应地互连。
在根据本发明的电子结构部件的有利设计方案中，设置有用于产生梯度磁场的磁场发生器，以用于初始化静态势阱的量子点的量子力学状态。例如，可以利用微磁体产生梯度磁场或振荡磁场。这些磁场使量子点运动到期望的量子力学状态中。由此可以初始化电子结构部件，以便电子结构部件可以与在同一能级上引入的量子点相互作用。
在根据本发明的电子部件的优选构造方案中，第二栅电极组件包括两个栅电极，所述两个栅电极共同构造静态双势阱，其中，每个静态势阱分别具有带有不同量子力学状态的量子点。在此，势阱分别被已知的量子力学状态占据—在电子的情况下是自旋。在此，保持在双势阱中的量子点之一的电荷载体与运动的量子点的电荷载体交换。由此，运动的量子点总是获得限定的量子力学状态，因为双势阱中的量子点的量子力学状态是已知的。传感器元件现在可以在静态双势阱处检查是否存在电荷变化。由此可以推断，被引入的量子点具有什么样的量子力学状态。
根据本发明的电子结构部件的另一有利设计方案在于，设置有用于初始化量子点的量子状态的功能元件。
用于初始化量子点的量子状态的功能元件优选地包括贮存器，所述贮存器设置作为用于电荷载体的施主(Spender)。栅电极组件的栅电极具有平行延伸的电极指，其中，第一栅电极组件的栅电极在基底中形成静态双势阱，或第一栅电极组件的栅电极在基底中形成静态势阱，在所述静态双势阱中或在所述静态势阱中，电荷载体从所述贮存器被引入到量子点中。第二栅电极组件的栅电极形成在所述基底中能运动的势阱，其中，电荷载体能以其量子力学状态与所述势阱一起平移。设置有用于将两个电荷载体从贮存器转移到静态势阱中的器件。此外，设置有用于量子点的定向或分裂的激励器。此外，设置有用于将电荷载体从静态势阱转移到能运动的势阱中的器件。用于初始化量子点的量子状态的功能元件基本上基于物理泡利原理，即一电子能级永远不会被具有相同自旋的电子占据。现在一方面借助栅电极产生静态势阱，并且另一方面借助栅电极产生能运动的势阱。将一能级的一对电荷载体从贮存器引入到静态势阱中。然后将该对电荷载体分裂。在此，一个量子点被转移到能运动的势阱中。借助激励器，量子点在该级上的量子力学状态(在电子的情况下是自旋)限定地定向。能运动的势阱中的量子点现在能以已知的量子力学状态借助能运动的势阱(例如作为初始化的量子位)运走。
为了借助能运动的势阱将量子点引入静态势阱处，量子点必须能够在较长的距离上平移穿过基底而不改变量子力学状态。为此，量子点被准捕获在势阱中，该势阱通过栅电极组件以合适的方式产生。势阱则连续且定向地运动穿过基底，并且带动量子点以其量子力学状态在距离上运动。为了势阱的连续运动，栅电极的电极指相应地互连。
根据本发明的电子部件的有利设计方案在于，所述激励器构造为磁体，所述磁体产生梯度磁场以用于初始化静态势阱中的量子点。根据磁场的定向，一能级的量子点限定地定向。在该部件的通常小的结构的情况下，可以优选使用微磁体，所述微磁体可以良好地集成在半导体部件中。因此，梯度磁场用于初始化静态势阱中的量子点。振荡磁场也可以用作梯度磁场。该梯度磁场使量子点运动到期望的位置量子力学状态。由此可以初始化电子部件，以便该电子部件则可以与在同一能级上引入的量子点相互作用。
在根据本发明的电子部件的另一有利设计方案中，第一栅电极的栅电极构造静态双势阱，其中，设置有用于将量子点从静态双势阱的一个静态势阱平移到下一个静态势阱中的器件。由此，静态势阱中的每一个静态势阱分别具有同一级的带有不同量子力学状态的量子点。状态的限定的定向在此又通过激励器确定。在此，势阱分别被已知的量子力学状态(在电子的情况下是自旋)占据。通过将保持在双势阱中的量子点之一与运动的势阱的量子点而与运动的量子点交换，由此运动的量子点获得限定的量子力学状态。
其它设计和优点由从属权利要求的主题以及附图连同相关的描述得到。下面参照附图更详细地阐释实施例。本发明不应仅局限于所列举的实施例。本发明应涉及现在和将来本领域技术人员认为对于实现本发明显而易见的所有对象。随后的详细描述涉及本公开的当前最佳的可能实施方式。所述实施方式仅用于更详细地阐释本发明。因此，说明书不应在限制性的意义下理解，而仅仅用于说明本发明的一般原理，因此本发明的范围最好由所附权利要求限定。在此，引用的现有技术被认为是与本发明有关的公开内容的一部分。
附图说明
图1以示意性俯视图示出根据本发明的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件实施例。
图2示出根据图1的局部。
图3以示意性俯视图示出根据本发明的具有分岔的电子部件的第一实施例。
图4示出根据图11的分岔的剖面图以及量子点在分岔处的运动走势。
图5以示意性俯视图局部地示出根据本发明的电子部件的实施例，该电子部件具有用于操纵量子点或电荷载体的量子状态的栅组件。
图6以示意性原理图示出在用于单个量子位操作的具有在两侧设置的用于两个能运动的势阱的栅电极组件的变型的操纵区中的操纵过程。
图7以示意性原理图示出在用于单个量子位操作的具有在一侧设置的用于能运动的势阱的栅电极组件的变型的操纵区中的操纵过程。
图8以示意性原理图示出用于双量子位操作的变型的操作区中的操纵过程。
图9以示意性俯视图示出用于读出具有静态势阱的量子点的量子状态的电子部件。
图10以示意性原理图示出根据本发明的电子部件的用于读出具有静态势阱的量子点的量子状态的过程。
图11以示意性俯视图示出用于借助静态双势阱读出量子点的量子状态的电子部件。
图12以示意性原理图示出根据本发明的电子部件用于借助静态双势阱读出量子点的量子状态的过程。
图13以示意性俯视图示出用于借助静态双势阱初始化量子点的量子状态的电子部件。
图14以剖面图示出具有用于初始化和读出量子位的双势阱的电子部件的根据本发明的实施例。
图15以剖面图示出具有用于初始化量子位的双势阱的电子部件的根据本发明的实施例。
图16以示意性俯视图示出用于借助静态势阱初始化量子点的量子状态的电子部件。
图17以剖面图示出具有用于初始化量子位的势阱的电子部件的根据本发明的实施例。
具体实施方式
在图1中示出针对根据本发明的电子结构部件10的一种实施例，该电子结构部件由半导体异质结构形成。硅锗(SiGe)用作用于电子结构部件10的基底12。电子结构部件10如此设计，使得该电子结构部件包含二维电子气(2DEG)。在基底12的面14上设置有功能元件16,18,20,22,24。电子结构部件10由至少一个单元单体26组成。
单元单体26由不同的功能元件16,18,20,22,24组成。功能元件16包括用于使量子点在基底中运动的运送功能。功能元件18用于分岔，由此可以在逻辑电路中实现分岔28。功能元件20设置用于操纵量子点中的量子位。功能元件20可以在量子点处设定量子力学状态。能由此限定的量子力学状态然后可以借助功能元件16或18在电子结构部件10的结构中的较长的距离上平移穿过基底12。对于逻辑运算，一方面需要占据量子力学状态，且另一方面需要读出量子力学状态。功能元件22用于确定量子力学状态。为此，所述功能元件在其量子点中操纵量子位。借助该功能元件22可以确定量子点的量子状态。因此，功能元件24用于读出量子点。功能元件24用于初始化量子点的量子状态。
借助这些单元单体26可以设计用于量子计算机的逻辑电路的电子结构部件10的整个结构。
图2示出单元单体26。单元单体26包括用于使量子点运动的功能元件16、用于分岔的功能元件18、用于操纵量子位的功能元件24、用于读出量子位的功能元件24和用于初始化的功能元件26的功能元件26。
在图3中示出针对根据本发明的电子部件110的一种实施例，该电子部件由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件110的基底112。电子部件110如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底112的面114上设置有栅电极组件116,118,120。
栅电极组件116,118分别具有两个栅电极122,124,126,128。各栅电极122,124,126,128借助绝缘层130以合适的方式彼此电分离。栅电极组件116,118,120为此分层构建，其中，在每个栅电极122,124,126,128之间分别设置绝缘层124。栅电极122,124,126,128还包括电极指132,134,136,138，其中，栅电极122,124,126,128中的电极指分别彼此平行地布置在基底112的面114上。
通过电联接部给栅电极组件116,118,120供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件116,118的栅电极122,124,126,128施加正弦走向的电压，在基底112中产生势阱。在该势阱中捕获的量子点因此可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指132,134,136,138，势阱纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱中的量子点可以借助该势阱在由SiGe构成的基底112的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
栅电极组件118在交叉区域140中从栅电极组件116分岔。栅电极组件120布置在交叉区域140中。在当前的实施例中，栅电极组件120包含两个势垒栅电极142,144。当带有量子点的运动的势阱处于交叉区域140中时，这些势垒栅电极142,144可以被接通。通过接通势垒栅电极142,144，将带有量子点的势阱固定保持在交叉区域140中。栅电极组件120的泵栅电极146促使带有量子点的势阱发生方向改变而朝向栅电极组件118。
如果通过带有量子点的势阱不应进行方向改变，则接通栅电极组件120的势垒栅电极148。而其它两个势垒栅电极142,144被关断。势垒栅电极148阻挡至栅电极组件118的接近。运动的势阱中的量子点因此没有针对改变方向的动因。
图4示意性地示出穿过这种电子部件110的剖面图。在部件110的剖面图下示出带有量子点152的能运动的势阱150的A到C的走向顺序。在电子部件110的图示中，只有电极指136,138、势垒栅电极148和泵栅电极146在剖面图中是可见的。在此之下，示出基底112中的势阱150的走向的序列A至C。栅电极组件118的电极指136,138构造穿过基底112能运动的势阱50。势阱150的运动在此通过电极指126,128的适当互连发生。为此，栅电极组件116的电极指136,138周期性地交替相互连接，这引起势阱150几乎连续运动穿过基底112。在本图中，示出带有量子点152的势阱150如何从交叉区域140分岔出来。能运动的势阱150处于分岔的栅电极118的方向上。在此，箭头154表示带有量子点152的势阱150运行的运动方向。
在图5中示出针对根据本发明的电子部件210的第一实施例，该电子部件由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件210的基底212。电子部件210如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底212的面214上设置有栅电极组件216,218。
栅电极组件216,218分别具有两个栅电极220,222,224,226。各栅电极借助绝缘层227以合适的方式彼此电分离。栅电极组件216,218,240为此分层设置，在每个栅电极之间分别设置绝缘层227。栅电极220,222,224,226还包括在基底的面214上彼此平行地布置的电极指228,230,232,234。
在栅电极组件216,218相邻的邻接区域236中，形成操纵区238。在操纵区238中存在操纵器239，操纵器包含另外的栅电极组件140。栅电极组件240包括构造至少一个静态势阱的栅电极242,244,246。栅电极组件240还包含泵栅电极248,250，其可以将量子点或电荷载体置于运动或振荡中。
通过电联接部给栅电极组件216,218,240供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件216,218的栅电极220,222,224,226施加正弦走向的电压，在基底212中产生势阱。在该势阱中捕获的量子点或电荷载体可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指228,230,232,234，势阱纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱中的量子点或电荷载体可以借助该势阱在由SiGe构成的基底212的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
图6以示意性原理图示出在用于单个量子位操作的操作区238中对量子点或电荷载体252,254的操纵过程。该图示出电子部件210的剖面，从而只有电极指228,230,232,234、势垒栅电极242,244,246和泵栅电极248,250在剖面中还可见。在此之下，为了阐释功能，示出基底212中的势阱256,258,260的走向的序列A至F。栅电极组件216,218的电极指228,230,232,234构造穿过基底212能运动的势阱256和258。势阱256,258的运动在此通过电极指228,230,232,234的适当互连发生。栅电极组件216,218的电极指228,230,232,234为此周期性地交替相互连接，这引起势阱256,258几乎连续运动穿过基底212。
在操作区238中构造有静态双势阱260。静态双势阱260由势垒栅电极242,244,246产生。首先，借助能运动的势阱258将量子点254引入到操纵区238中的静态双势阱260处。通过操纵器239，例如梯度磁场，量子点254可以具有限定的量子力学状态。另一个量子点252在操纵区238外等待。通过在操纵器239的磁场梯度中的运动，达到量子点254的限定的量子状态。现在存在如下可能性，即量子点254通过离域(E)或通过在磁场梯度中的快速来回运动(F)而具有限定的量子状态。从操纵区238引导远离的量子点252,254获得由此限定的量子力学状态。
图7以示意性原理图示出在用于单个量子位操作的操作区238中对量子点或电荷载体254的操纵过程。该图示出电子部件210的剖面，从而只有电极指232,234、势垒栅电极242,244,246和泵栅电极248,250在剖面中还可见。在此之下，为了阐释功能，示出基底212中的势阱258,260的走向的序列A至F。栅电极组件216,218的电极指232,234构造穿过基底212能运动的势阱258。势阱258的运动在此通过电极指232,234的适当互连发生。栅电极组件218的电极指232,234为此周期性地交替相互连接，这引起势阱258几乎连续运动穿过基底212。
在操作区238中构造有静态双势阱260。静态双势阱260由势垒栅电极242,244,246产生。首先，借助能运动的势阱258将量子点254引入到操纵区238中的静态双势阱260处。通过操纵器239，例如梯度磁场，量子点254可以具有限定的量子力学状态。现在存在如下可能性，即量子点254通过双势阱中的离域(E)或通过在磁场梯度中的快速来回运动(F)而具有限定的量子状态。从操纵区238引导远离的量子点254获得由此限定的量子力学状态。
图8以示意性原理图示出在用于双量子位操作的另一变型的操作区238中的操纵过程。该图示出电子部件210的剖面，从而只有电极指228,230,232,234、势垒栅电极242,244,246和泵栅电极248,250在剖面中还可见。在此之下，为了阐释功能，示出基底212中的势阱256,258,260的走向的序列A至E。栅电极组件216,218的电极指228,230,232,234构造穿过基底212能运动的势阱256和258。势阱256,258的运动在此通过电极指228,230,232,234的适当互连发生。栅电极组件216,218的电极指228,230,232,234为此周期性地交替相互连接，这引起势阱256,258几乎连续运动穿过基底212。
在操作区238中构造有静态双势阱260。静态双势阱260在此也由势垒栅电极242,244,246产生。与能运动的势阱256,258一起将量子点252,254平移到操纵区238中的静态双势阱260处并且分别引入到双势阱260中。通过操纵器239，例如梯度磁场，量子点252,254可以具有限定的量子力学状态。通过交换相互作用264，可以在量子点252,254之间执行双量子位操作。从操纵区238引导远离的量子点252,254获得由此限定的量子力学状态。
在图9中示出针对根据本发明的电子部件310的第一实施例，该电子部件由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件310的基底312。电子部件310如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底312的面314上设置有栅电极组件316,318。
栅电极组件316具有两个栅电极320,322。各栅电极320,322借助绝缘层324以合适的方式彼此电分离。栅电极组件316,318为此分层设置，其中，在每个栅电极320,322之间分别设置绝缘层324。栅电极320,322还包括在基底312的面314上彼此平行地布置的电极指326,328。
通过电联接部给栅电极组件316,318供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件316的栅电极320,322施加正弦走向的电压，在基底312中产生势阱。在该势阱中捕获的量子点或电荷载体可以如此平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指326,328，势阱纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱中的量子点或电荷载体可以借助该势阱在由SiGe构成的基底312的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
栅电极组件316构造如下区域，在该区域中量子点可以借助势阱平移。而栅电极组件318构造静态势阱。为此，栅电极组件318包括势垒栅电极330,332和泵栅电极334，其可以将量子点或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极334布置在势垒栅电极330,332之间。栅电极330,332和334也分别被绝缘层324分离。
用于探测电荷变化的传感器元件336联接到势垒栅电极组件处。传感器元件336检测静态势阱中存在的电荷。势阱由栅电极组件318生成。
图10以示意性原理图示出用于读出量子点342中的量子位的量子状态的过程。该图示出电子部件310中的剖面，从而只有电极指326,328、势垒栅电极330,332和泵栅电极334在剖面中还可见。在此之下，为了阐释功能，示出基底312中的势阱346,348的走向的序列A至C。栅电极组件316的电极指326,328构造穿过基底312能运动的势阱346。势阱342的运动在此通过电极指326,328的适当互连发生。栅电极组件316的电极指326,328为此周期性地交替相互连接，这引起量子点342几乎连续运动穿过基底312。
电子部件310基于物理泡利原理，即一电子能级永远不会被具有相同自旋的电子占据。一方面借助栅电极330,332产生静态势阱348，并且另一方面借助栅电极326,328产生能运动的势阱346。将量子点342引入到静态势阱348中，该量子点中，在一能级上的量子力学状态(在电子的情况下自旋)是已知的。使量子点借助泵栅电极340定向，例如自旋向上，如在此所示。借助能运动的势阱346，另一量子点344被引导到同一能级中的静态势阱348处。箭头350表明量子点344连同能运动的势阱346的平移方向。如果量子力学状态不同，则该能级现在已被填充。所述填充可以通过隧穿来实现，这利用箭头352表示。
在量子点已进来的情况下，传感器元件336检测到在该能级上的变化电荷。如果量子点342,344的量子力学状态相同，则该能级不能再接纳电荷载体358。量子力学状态在该能级上由此不改变。因此可以确定引入的量子点342具有哪种量子力学状态。
在图11中示出针对根据本发明的电子部件310的另一实施例，该电子部件又由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件310的基底312。电子部件310如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底312的面314上设置有栅电极组件316,318。
栅电极组件316具有两个栅电极320,322。各栅电极320,322借助绝缘层324以合适的方式彼此电分离。栅电极组件316的栅电极320,322为此分层设置，其中，在栅电极组件316的每个栅电极320,322之间设置绝缘层324。栅电极320,322还包括在基底312的面314上彼此平行地布置的电极指326,328。
通过电联接部给栅电极组件316,318供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件316的栅电极320,322施加正弦走向的电压，在基底312中产生能运动的势阱。在该势阱中捕获的量子点342或电荷载体可以如此平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指326,328，势阱纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱中的量子点342或电荷载体358可以与该势阱一起在由SiGe构成的基底312的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
栅电极组件318构造静态双势阱。为此，栅电极组件318包括势垒栅电极330,332,338，并且除了泵栅电极334之外，还包括另外的泵栅电极340，其可以将量子点或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极334,340交替地布置在势垒栅电极330,332和338之间。
用于探测电荷变化的传感器元件336联接到势垒栅电极组件318处。传感器元件336检测静态双势阱中存在的电荷。双势阱由栅电极组件318生成。
图12以示意性原理图示出用于读出量子点342中的量子位的量子状态的过程。该图示出电子部件310中的剖面，从而只有电极指326,328、势垒栅电极330,332,338和泵栅电极334,340在剖面中还可见。在此之下，为了阐释功能，示出基底312中的势阱346,348的走向的序列A至F。栅电极组件316的电极指326,328构造穿过基底312能运动的势阱346。势阱346的运动在此通过电极指326,328的适当互连发生。栅电极组件316的电极指326,328为此周期性地交替相互连接，这引起量子点342几乎连续运动穿过基底312。
电子部件310基于物理泡利原理，即一电子能级永远不会被具有相同自旋的电子占据。借助栅电极330,332和338一方面产生静态双势阱362，并且另一方面产生能运动的势阱346。将一电荷载体358引入到静态双势阱362的第一势阱364中。利用泵栅电极334,340例如借助于梯度磁场将两个电荷载体358分裂。分裂的电荷载体360隧穿进入第二静态势阱366中。借助能运动的势阱346，另一量子点342被引导到同一能级中的双势阱362的第二静态势阱366处。箭头350表明量子点342连同能运动的势阱346的平移方向。将第二静态势阱366的量子点360与能运动的势阱346的量子点342交换。在能运动的势阱346的情况下的量子力学状态是已知的。如果量子点342具有与被引导离开的量子点360相同的自旋，则该量子点又隧穿到双势阱362的第一静态势阱中。传感器元件336没有检测到电荷变化。如果量子点360和342的量子力学状态不同，则探测到电荷变化。填充可以通过隧穿实现，这用箭头352表示。
在图13中示出针对根据本发明的电子部件410的实施例，该电子部件又由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件410的基底412。电子部件410如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底412的面414上设置有栅电极组件416,418。
栅电极组件416具有两个栅电极420,422。各栅电极420,422借助绝缘层424以合适的方式彼此电分离。栅电极组件416的栅电极420,422为此分层设置，其中，在栅电极组件416的每个栅电极420,422之间设置绝缘层424。栅电极420,422还包括在基底412的面414上彼此平行地布置的电极指426,428。
通过电联接部给栅电极组件416,418供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件416的栅电极420,422施加正弦走向的电压，在基底412中产生能运动的势阱。在该势阱中捕获的量子点442或电荷载体由此可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指426,428，势阱纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱中的量子点442可以与该势阱一起在由SiGe构成的基底412的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
栅电极组件418构造静态双势阱。为此，栅电极组件418包括势垒栅电极436,438,440，并且除了泵栅电极442之外，还包括另外的泵栅电极444，其可以将量子点或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极442,444交替地布置在势垒栅电极436,438和440之间。栅电极436,438,440,442,444分别具有电极指437,439,441,443,445。
用于引入电荷变化的贮存器449联接到势垒栅电极组件418处。
图14以剖面图示出针对根据本发明的电子部件410的第一实施例，该电子部件由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件410的基底412。电子部件410如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底412的面414上设置有栅电极组件416,418。
栅电极组件416具有两个栅电极420,422。各栅电极420,422借助绝缘层424以合适的方式彼此电分离。栅电极组件416,418为此分层设置，其中，在每个栅电极420,422之间分别设置绝缘层424。栅电极420,422还包括在基底412的面414上彼此平行地布置的电极指426,428。
通过电联接部给栅电极组件416,418供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件416的栅电极420,422施加正弦走向的电压，在基底412中产生势阱430。在该势阱430中捕获的量子点432或电荷载体由此可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指426,428，势阱430纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱430中的量子点432或电荷载体可以与该势阱430一起在由SiGe构成的基底412的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
与此相对，栅电极组件418构造静态双势阱434。为此，栅电极组件418包括势垒栅电极436,438,440和两个泵栅电极442,444，其可以将量子点432,450,454或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极442,444分别布置在势垒栅电极436,438,440之间。栅电极组件418的栅电极436,438,440,442,444也分别通过绝缘层424分离。栅电极436,438,440,442,444分别具有电极指437,439,441,443,445。在该剖面图中可以看到电极指437,439,441,443,445。
在该图中，在栅电极组件416,418下方，示意性地示出用于初始化量子点中的量子位的量子状态的电子部件410在基底412中的走向。示出势阱430,434在基底412中的走向的序列A至F以阐释功能。栅电极组件416的电极指426,428构造穿过基底412能运动的势阱430。势阱430的运动在此通过电极指426,428的适当互连发生。为此，栅电极组件416的电极指426,428周期性地交替相互连接，这引起了势阱442几乎连续运动穿过基底412。
电子部件410基于物理泡利原理，即一电子能级永远不会被具有相同自旋的电子占据。一方面借助栅电极436,438,440和442,444产生静态双势阱434，并且另一方面借助栅电极420,422产生能运动的势阱430。两个电荷载体448从贮存器449被引入到静态双势阱434的第一势阱446中。利用激励器451例如借助梯度磁场和泵栅电极442,444将电荷载体448分裂和定向。分裂的电荷载体450隧穿到双势阱434的第二静态势阱452中，如用箭头453所示出。仅还有电荷载体454保留在第一静态势阱中。势阱446,448中的量子点450,454的量子状态通过所施加的梯度磁场的定向是已知的。
另一量子点432借助能运动的势阱430被引导到同一能级中的双势阱434的第二静态势阱452处。量子点432的量子力学状态是未知的。箭头458表示量子点432连同能运动的势阱430的平移方向。通过隧穿作用，第二静态势阱452的量子点450与能运动的势阱430的量子点432交换。量子点450的量子力学状态是已知的，现在例如一量子位处于能运动的势阱430中并且初始化。
如果量子点432具有与现在为初始化而引导离开的量子点450相同的自旋，则量子点432又隧穿到双势阱434的第一静态势阱446中。此处未示出的传感器元件因此将不会检测到电荷变化。如果量子点450和432的量子力学状态不同，则可以探测到电荷变化。通过隧穿引起的交换用箭头460表示。
图15以剖面图示出针对根据本发明的电子部件410的另一实施例，该电子部件由半导体异质结构形成。该部件410的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件410的基底412。电子部件410如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底412的面414上设置有栅电极组件416,418。
栅电极组件416在此也具有两个栅电极420,422。各栅电极420,422借助绝缘层424以合适的方式彼此电分离。栅电极组件416,418为此分层设置，其中，在每个栅电极420,422之间分别设置绝缘层424。栅电极420,422还包括在基底412的面414上彼此平行地布置的电极指426,428。
通过电联接部给栅电极组件416,418供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件416的栅电极420,422施加正弦走向的电压，在基底412中产生势阱430。在该势阱430中捕获的量子点或电荷载体由此可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指426,428，势阱430纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱430中的量子点或电荷载体可以与该势阱430一起在由SiGe构成的基底412的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
与此相对，栅电极组件418构造静态双势阱434。为此，栅电极组件418包括势垒栅电极436,438,440和两个泵栅电极442,444，其可以将量子点432,448,450,454或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极442,444分别布置在势垒栅电极436,438,440之间。栅电极组件418的栅电极436,438,440,442,444也分别通过绝缘层424分离。栅电极436,438,440,442,444分别具有电极指437,439,441,443,445。在该剖面图中可以看到电极指437,439,441,443,445。
在该图中，在栅电极组件416,418下方，示意性地示出用于初始化量子点中的量子位的量子状态的电子部件410在基底412中的走向。示出势阱430,434在基底412中的走向的序列A至D以阐释功能。栅电极组件416的电极指426,428构造穿过基底412能运动的势阱430。势阱430的运动在此通过电极指426,428的适当互连发生。为此，栅电极组件416的电极指426,428周期性地交替相互连接，这引起了势阱442几乎连续运动穿过基底412。
一方面借助栅电极436,438,440和442,444产生静态双势阱434，并且另一方面借助栅电极420,422产生能运动的势阱430。两个电荷载体448从贮存器449被引入到静态双势阱434的第一势阱446中。利用激励器451例如借助梯度磁场将电荷载体448分裂和定向。分裂的量子点电荷载体450量子力学地隧穿到双势阱434的第二静态势阱452中，如用箭头453所示出。仅还有量子点电荷载体454保留在第一静态势阱446中。势阱446,452中的量子点450,454的量子状态通过所施加的梯度磁场的定向是已知的。
能运动的势阱430被引导到静态双阱434的第二势阱452处。
通过隧穿，箭头453，电荷载体450从静态势阱452到达能运动的势阱430中。量子点450现在可以借助能运动的势阱430被引导远离，箭头458。量子点450的量子力学状态是已知的，由此量子位例如能初始化。
在图16中示出针对根据本发明的电子部件410的另一实施例，该电子部件又由半导体异质结构形成。该部件的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件410的基底412。电子部件410如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底412的面414上设置有栅电极组件416,418。
栅电极组件416具有两个栅电极420,422。各栅电极420,422借助绝缘层424以合适的方式彼此电分离。栅电极组件416的栅电极420,422为此分层设置，其中，在栅电极组件416的每个栅电极420,422之间设置绝缘层424。栅电极420,422还包括在基底412的面414上彼此平行地布置的电极指426,428。
通过电联接部给栅电极组件416,418供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件416的栅电极420,422施加正弦走向的电压，在基底412中产生能运动的势阱。在该势阱中捕获的量子点442或电荷载体由此可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指426,428，势阱纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱中的量子点442可以与该势阱一起在由SiGe构成的基底412的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
栅电极组件418构造静态势阱。为此，栅电极组件418包括势垒栅电极36,40和除此以外泵栅电极442，其可以将量子点或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极442布置在势垒栅电极436和440之间。栅电极436,440,442分别具有电极指437,441,443。
用于引入电荷变化的贮存器449联接到势垒栅电极组件418处。
图17以剖面图示出针对根据本发明的电子部件410的另一实施例，该电子部件由半导体异质结构形成。该部件410的结构优选处于纳米级尺寸。未掺杂的硅锗(SiGe)用作用于电子部件410的基底412。电子部件410如此设计，使得该电子部件包含二维电子气(2DEG)。在基底412的面414上设置有栅电极组件416,418。
栅电极组件416在此也具有两个栅电极420,422。各栅电极420,422借助绝缘层424以合适的方式彼此电分离。栅电极组件416,418为此分层设置，其中，在每个栅电极420,422之间分别设置绝缘层424。栅电极420,422还包括在基底412的面414上彼此平行地布置的电极指426,428。
通过电联接部给栅电极组件416,418供应适当的电压。通过适当地向栅电极组件416的栅电极420,422施加正弦走向的电压，在基底412中产生势阱430。在该势阱430中捕获的量子点或电荷载体由此可以平移穿过基底。通过利用正弦电压适当地操控电极指426,428，势阱430纵向地平移穿过基底。被准捕获在这种势阱430中的量子点或电荷载体可以与该势阱430一起在由SiGe构成的基底412的二维电子气中平移较长的距离，而不经历量子力学的状态变化。
与此相对，栅电极组件418构造静态势阱470。为此，栅电极组件418包括势垒栅电极436,440和泵栅电极442，其可以将量子点48或电荷载体置于运动或振荡中。泵栅电极442布置在势垒栅电极436,440之间。栅电极组件418的栅电极436,440,442也分别通过绝缘层424分离。栅电极436,440,442分别具有电极指437,441,443。在该剖面图中可以看到电极指437,441,443。
在该图中，在栅电极组件416,418下方，示意性地示出用于初始化量子点中的量子位的量子状态的电子部件410在基底412中的走向。示出势阱430,470在基底412中的走向的序列A至D以阐释功能。栅电极组件416的电极指426,428构造穿过基底412能运动的势阱430。势阱430的运动在此通过电极指426,428的适当互连发生。为此，栅电极组件416的电极指426,428周期性地交替相互连接，这引起了势阱442几乎连续运动穿过基底412。
一方面借助栅电极436,440和442产生静态势阱470，并且另一方面借助栅电极420,422产生能运动的势阱430。两个电荷载体448从贮存器449被引入到势阱470中。利用激励器451例如借助梯度磁场将电荷载体448分裂和定向。分裂的电荷载体450以量子力学的方式隧穿到能运动的势阱430中，如用箭头453所示出。仅还有电荷载体454保留在静态势阱470中。势阱470,430中的量子点450,454的量子状态通过所施加的梯度磁场的定向是已知的。
量子点450现在可以借助能运动的势阱430被引导远离，箭头458。量子点450的量子力学状态是已知的，由此量子位例如能初始化。
附图标记列表
10结构部件
12基底
14面
16功能元件(平移)
18功能元件(分岔)
20功能元件(操纵)
22功能元件(读出)
24功能元件(初始化)
26单元单体
110电子部件
112基底
114面
116栅电极组件
118栅电极组件
120栅电极组件
122栅电极
124栅电极
126栅电极
128栅电极
130绝缘层
132电极指
134电极指
136电极指
138电极指
140交叉区域
142势垒栅电极
144势垒栅电极
146泵栅电极
148势垒栅电极
150能运动的势阱
152量子点
154箭头
210电子部件
212基底
214面
216栅电极组件
218栅电极组件
220栅电极
222栅电极
224栅电极
226栅电极
227绝缘层
228电极指
230电极指
232电极指
234电极指
236邻接区域
238操纵区
239操纵器
240栅电极组件
242势垒栅电极
244势垒栅电极
246势垒栅电极
248泵栅电极
250泵栅电极
252量子点
254量子点
256能运动的势阱
258能运动的势阱
260静态双阱
262水平箭头
310电子部件
312基底
314面
316栅电极组件
318栅电极组件
320栅电极
322栅电极
324绝缘层
326电极指
328电极指
330势垒栅电极
332势垒栅电极
334泵栅电极
336传感器元件
338势垒栅电极
340泵栅电极
342量子点
344量子点
346运动的势阱
348静态势阱
350箭头(平移)
352箭头(隧穿)
358电荷载体
360分裂的量子点
362双势阱
364第一静态势阱
366第二静态势阱
410电子部件
412基底
414面
416栅电极组件
418栅电极组件
420栅电极
422栅电极
424绝缘层
426电极指
428电极指
430势阱
432量子点
434静态双势阱
436势垒栅电极
437电极指
438势垒栅电极
439电极指
440势垒栅电极
441电极指
442泵栅电极
443电极指
444泵栅电极
445电极指
446第一静态势阱
448电荷载体
449贮存器
450分裂的量子点
451激励器
452第二静态势阱
453箭头(隧穿)
454保留的量子点
458箭头(平移)
460箭头(交换相互作用)
470势阱。

Claims (22)

1.用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，所述电子结构部件由半导体部件或类半导体结构形成，所述电子结构部件包括：
a)具有二维电子气或电子空穴气的基底(12)；
b)具有栅电极(122,124,126,128)的栅电极组件(116,118,120)，所述栅电极组件布置在所述电子结构部件(10,110,210,310,410)的面(14)上；
c)用于将所述栅电极组件(116,118,120)与电压源连接的电接触部；
d)所述栅电极组件(116,118,120)的栅电极(122,124,126,128)具有平行伸延的电极指(132,134,136,138)，
其特征在于，
e)所述逻辑互连具有功能部件(16,18,20,22,24)，所述功能部件具有用于产生静态势阱(260,364,366)和/或运动的势阱(256,258)的栅电极组件(116,118,120)和/或用于处理所述基底(12)中的量子点(152,342,344)的势垒(142,144)。
2.根据权利要求1所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，在所述基底(12)中设置有用于使量子点(152,342,344)运动的功能元件(16)。
3.根据权利要求2所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有具有栅电极(122,124,126,128)的栅电极组件(116,118,120)，所述栅电极的电极指(132,134,136,138)周期性地交替相互连接，这引起所述势阱(256,258)几乎连续运动穿过所述基底(12)，其中，量子点(152,342,344)与所述势阱(256,258)一起平移。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于使量子点(152,342,344)的运动分岔的功能元件(18)。
5.根据权利要求4所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，用于分岔的所述功能元件(18)包括：
a)分岔的第一和第二栅电极组件(116,118)，其设置成带有不同方向的栅电极，
b)所述栅电极(122,124)的电极指(132,134)周期性地交替相互连接，这引起势阱(150)几乎连续运动穿过所述基底(12)，其中
i.量子点(152)与所述第一栅电极组件(116)的势阱(150)一起在一方向上平移，并且
ii.所述量子点(152)能够借助所述分岔的第二栅电极组件(118)中的所述势阱(150)在前进运动方向改变的情况下运动。
6.根据权利要求5所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，在分岔(140)的区域中设置有用于产生能接通的势垒组件(142,144)的第三栅电极组件(120)，所述第三栅电极组件被接通以分岔所述量子点(152)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于操纵量子点(252,254)中的量子位的功能元件(20)。
8.根据权利要求7所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述功能元件(20)包含操纵器(239)，所述操纵器在操纵区(238)中将所述量子点的量子位置于能限定的量子状态中，其中，所述操纵区(338)设置在由第一和第二栅电极组件(216,240)形成的邻接的区域(236)中。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于能接通的磁场的器件，以用于在所述量子点(252,254)中关于其量子力学状态分裂电子状态。
10.根据权利要求8至10中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述操纵器(239)包含用于在所述操作区(238)中产生振荡磁场或附加地产生梯度磁场的器件。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述操纵器(239)包含微波发生器，所述微波发生器将微波射入到所述操纵区(238)中以操纵所述量子点(252,254)的量子状态。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于读出量子点(342)中的量子位的量子状态的功能元件(22)。
13.根据权利要求11所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于：
a)所述栅电极组件(316,318)的栅电极(320,322)具有平行延伸的电极指(326,328)，其中
i.在第一栅电极组件(316)中，所述电极指(326,328)周期性地交替相互连接，这引起所述势阱(346)几乎连续运动穿过所述基底(312)，其中，第一量子点(342)与所述势阱(346)一起平移，并且
ii.第二栅电极组件(318)的所述电极指形成静态势阱(348,362)，在所述静态势阱中设置有具有已知的量子力学状态的第二电荷载体(358)，
b)设置有用于探测电荷变化的传感器元件(336)，所述传感器元件检测所述静态势阱(348,362)中的电荷，其中，所述第一量子点(342)被平移至所述第二量子点(344)。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于产生梯度磁场的磁场发生器，以用于初始化所述静态势阱(348,362)的量子点的量子力学状态。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述第二栅电极组件(318)包括两个另外的栅电极(338,340)，所述两个另外的栅电极共同构造静态双势阱(362)，其中，每个所述静态势阱(364,366)分别具有带有不同量子力学状态的量子点(344,360)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于初始化量子点的量子状态的功能元件(24)。
17.根据权利要求14所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述用于初始化量子点的量子状态的功能元件(24)包括：
a)贮存器(449)，所述贮存器设置作为用于电荷载体(448)的施主；
b)所述栅电极组件(416,418)的栅电极(420,422,436,438,440,442,444)具有平行延伸的电极指(426,428,437,439,441,443,445)，其中，
i.第一栅电极组件(418)的所述栅电极(436,438,440,442,444)在所述基底(412)中形成静态双势阱(434)，或第一栅电极组件(418)的所述栅电极(436,440,442)在所述基底(412)中形成静态势阱(470)，在所述静态双势阱中或在所述静态势阱中，电荷载体(448)从所述贮存器(449)被引入到所述量子点(450,454)中；
ii.第二栅电极组件(416)的所述栅电极(420,422)形成在所述基底(412)中能运动的势阱(430)，其中，电荷载体(450)能以其量子力学状态与所述势阱(430)一起平移；
c)用于将两个电荷载体(48)从所述贮存器(449)转移到所述静态势阱(434,446,470)中的器件；
d)用于所述量子点(448,450,454)的定向或分裂的激励器(451)；
e)用于将电荷载体从所述静态势阱(434,452,470)转移到能运动的势阱(430)中的器件。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的用于量子计算机的量子位的逻辑互连的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述激励器(451)构造为磁体，所述磁体产生梯度磁场以用于初始化在所述势阱(434,470)中的两个量子点(432,450,454)中的量子力学状态。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，所述电子部件的基底(12)包含砷化镓(GaAs)和/或硅锗(SiGe)。
20.根据权利要求1至16中任一项所述的电子结构部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，用于所述运动的势阱的分别相互连接的栅电极(256,258)构造成能被周期性地和/或相移地加载电压。
21.根据权利要求1至17中任一项所述的电子结构元件(10,110,210,310,410)，其特征在于，每第三个电极指(132,134,136,138)相应在用于能运动的势阱的栅电极(122,124,126,128)的情况下相互连接。
22.根据权利要求1至18中任一项所述的电子部件(10,110,210,310,410)，其特征在于，设置有用于与量子计算机的量子位连接的连接器件。
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