单供体固态量子比特的电子交换耦合

退化导带极小之间的跨谷干涉已被证明导致邻近磷供体电子态之间交换能量中的振荡 \cite{Koiller02,Koiller02A}。这些相同效应导致交换能量对供体原子相对取向极其敏感，这在构建基于硅的自旋量子计算机中是至关重要的问题。本文我们计算了包含库恩-卢金森电子波函数完整波动结构的供体电子交换耦合随供体位置的变化。发现由于其产生的项呈快速振荡性，Bloch函数的周期性部分在海德-朗汉积分中可以安全地忽略，这正是Koiller等人所做的 \cite{Koiller02,Koiller02A}，显著降低了计算复杂度。我们解决了制造问题，计算了使用15keV离子束植入硅衬底中相邻供体的预期交换耦合，这是Kane固态量子计算机所采用的所谓“自上而下”制造方案。此外我们计算了控制栅上的电压偏置如何影响供体电子之间的交换耦合，这些栅极偏置用于操控电子波函数并在Kane方案中实现量子逻辑运算，我们发现这些栅极偏置既可以增大也可以减小相邻供体电子之间的交换耦合强度。零偏置结果重新确认了Koiller先前获得的结果。