基于自旋的量子计算方案

电子工业的技术增长历来以可塞入单个微芯片的晶体管数量来衡量。不幸的是，所有美好的事物都必须结束；芯片上晶体管数量的惊人增长需要晶体管尺寸的惊人缩小。对于半导体中的电子，量子力学定律在纳米尺度上起作用，传统的进步观念（晶体管塞入）必须被放弃。这一认识激发了关于利用电子自旋（除了轨道）自由度的广泛研究，催生了自旋电子学领域。也许自旋电子学最雄心勃勃的目标是实现对相关自旋的量子力学性质的完全控制。这一前景促使了一场竞赛，以设计和构建一种能够完全控制其量子力学状态并最终执行计算的自旋电子器件：量子计算机。在本教程中，我们总结了指向固态自旋基量子计算方向的过去和最近的发展。在介绍任何量子计算机方案的基本要求之后，我们简要总结了一些固态量子计算机的理论方案。然后我们专注于 Loss-DiVincenzo 提出的利用限制在量子点中的电子自旋进行量子计算的方案。构建这样的量子器件存在许多障碍。我们讨论了这些障碍，并回顾了该领域最近的理论和实验进展。最后，我们列出了一些尚未实现的实验，这些实验对于量子点量子计算机的发展至关重要。