基於環形結構與開槽結構之電子自旋量子位元的控制

Abstract

量子計算被認為是一項擁有極高潛能的科技，蘊含著徹底改變人類社會的可能性。本論文中要探討電子自旋量子位元，它是執行量子計算的基本單元，量子位元的實現手段中最著名的其中一種方式。我們提出並探討了兩種不同的結構用以有效地控制電子自旋量子位元的自旋狀態，而這兩種結構又會分為是否存在直流控制電路，也就是量子閘極的兩種情況來做個別的分析。 為了能快速地操縱電子的自旋狀態，同時避免系統遭受非預期的干擾，需要在量子點附近給予其強交流磁場並最小化交流電場，而利用短路的電路特性，就能藉由各種不同傳輸線的短路結構來產生強磁場和弱電場。 此外，為了使整個結構可以放置在同一個平面上，我們選擇了共面帶線的短路結構，環形結構，和共面波導的短路結構，開槽結構。然而，因為共面帶線屬於平衡式傳輸線，無法與為不平衡式傳輸線的同軸電纜直接相接，所以又額外使用了平衡-不平衡轉換器以連接共面帶線和共面波導，同時模擬並探討了結構中存在直流控制電路，也就是量子閘極時的情況。本論文所提出的這兩種結構的表現皆遠優於世界領先研究團隊澳洲新南威爾斯大學所提出的設計，在模擬與量測結果上的吻合度也相當的高。