Credit: Camenzind等人利用量子点制造基于自旋的量子计算机的想法最早是由Daniel Loss和David Di Vincenzo在1998年提出的。从那时起，全世界无数的工程师和物理学家一直试图利用现有的和新开发的硬件组件来实现他们的愿景。到目前为止，硅被证明是最有希望创造基于自旋的量子计算机的材料之一，因为今天使用的大多数互补金属氧化物半导体(CMOSs)都是由硅制成的。此外，硅可以被设计成没有核自旋，众所周知，核自旋会降低量子计算机中自旋量子位的相干性。
巴塞尔大学和IBM Research-Zurich的研究人员最近探索了在硅基FinFETs中存储自旋量子位的可能性，这是一种由加州大学伯克利分校的研究人员首次推出的晶体管。他们的结果发表在《自然电子学》上，非常有前途，因为他们认为FinFETs有助于提高量子技术的可扩展性。
“今天的计算机芯片中使用了数十亿个FinFETs，”进行这项研究的两名研究人员安德烈亚斯·库尔曼和张秀坤·宗布勒告诉TechXplore。“实现可扩展性(即从几十个量子位到几百万个量子位)仍然是量子计算的最大挑战。所以，我们想:为什么不建造一台量子计算机，它的平台已经成功地掌握了这一挑战？此外，FinFETs也是(空穴)自旋量子位的优秀宿主，空穴自旋量子位的一个非常方便的特性是它们的自旋轨道相互作用。”
自旋-轨道相互作用是空穴自旋量子比特的一个重要属性，这可能是非常有利的，因为它允许研究人员通过向它们施加振荡电信号来操纵自旋状态。物理理论预测，硅FinFETs中的空穴将具有异常大的自旋轨道相互作用，可以被电调制。
在他们的实验中，Kuhlmann，Zumbühl和他们的同事使用标准FinFET设备来承载耐高温的小型、快速和相干自旋量子位，从而测试了这一预测。最终，他们发现硅FinFET可以容纳自旋量子位，在4开尔文以上的温度下工作。
Kuhlmann和Zumbühl解释说:“我们的器件以类似于经典晶体管的方式工作，其中栅极电极控制从源极到漏极的电流。”“在这里，我们使用门来捕获单孔自旋。一旦自旋被定位(在我们称之为量子点的内部)，微波信号就可以用来操纵自旋状态。这些量子点越小，它们对温度的抵抗力就越强。”
研究人员实现的FinFET类似于目前世界范围内制造的fin fet。这意味着它们可以很容易地与现有组件集成，并扩大规模(即增加其中的量子位数量)。
其他现有的量子计算平台，如托管超导量子位的平台，通常需要在毫开尔文(mK)温度下运行。另一方面，由研究人员开发的平台中托管的量子位可以在高于4K的温度下工作。
“在4K操作的低温恒温器比在mK温度下操作的技术要求低得多，”Kuhlmann和Zumbühl说。此外，在4K可用的冷却能力比在mK温度下大几个数量级。这意味着将来我们可以将经典的控制电子设备(控制量子位所需要的)集成在芯片上。这在扩大量子位计数时很重要，因为冰箱内从室温到mK的控制线数量有限，量子位越多，需要的控制线就越多。”
在未来，Kuhlmann，Zumbühl和他们的同事最近进行的研究可能有助于加速量子计算技术的发展，并提高其可扩展性。与此同时，研究人员计划进一步优化设备内部量子位的性能。
Kuhlmann和Zumbühl说:“我们希望使量子位更加一致，同时减少门控时间。”"此外，我们希望扩大晶体管中量子位的数量."
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