[发明专利]用于与自旋存储的量子信息交互的系统、装置及方法

说明书

一种量子信息处理装置包含半导体衬底。光学共振器耦合到所述衬底。所述光学共振器支持具有第一共振器频率的第一光子模态。所述量子信息处理装置包含安置在所述半导体衬底内且光学耦合到所述光学共振器的非气态硫族元素施体原子。所述施体原子具有与所述共振器频率共振的跃迁频率。本文中也揭示在量子信息处理中具有实际应用的系统、装置、物件及方法，所述量子信息处理包含光学耦合到光学结构的硅衬底中的一或多个深杂质或与所述一或多个深杂质相关联。

相关申请案的交叉参考

本申请案是2015年11月27日提出申请的标题为“用于与自旋存储的量子信息交互的系统、装置及方法(SYSTEMS,DEVICES,AND METHODS FOR INTERACTING WITH QUANTUMINFORMATION STORED IN SPINS)”的第62/260,391号美国专利申请案(其以全文引用方式并入本文中)的非临时案，且主张所述美国专利申请案的优先权。

技术领域

本发明一般来说涉及量子计算及量子信息的领域。

背景技术

量子装置是其中量子机械效应是显著的及/或占支配地位的制造品或结构。量子装置(例如超导电路及自旋电子电路)包含其中通过量子机构支配电流输送的电路。超导电路使用量子物理学现象，例如隧穿及通量量子化。自旋电子电路使用自旋(例如电子自旋)的物理性质作为资源来接收、处理、存储、发送或输出信息。量子装置可用于测量仪器、用于计算机器中等等。计算机器的实例包含传统计算机及量子计算机的组件。

用于实施量子计算机的所提议技术描述其中在放置于硅衬底中的施体原子(具体来说，磷-31)的核自旋中编码信息的电子装置。所述施体原子放置在硅衬底中的浅深度(例如，20纳米)处且以一个晶体单位单元的精确度(例如，以大约20纳米)精确地间隔开。使用在外部施加的电磁场对个别自旋执行逻辑或计算操作，且使用自旋相依电荷转移进行自旋测量，且使用高度灵敏静电计检测自旋测量。尚未完全实现所提议技术。

发明内容

一种实施量子计算机的技术涉及量子信息处理装置。所述量子信息处理装置包含半导体衬底。深杂质(例如，非气态硫族元素施体原子)安置在所述半导体衬底内。所述深杂质(例如，非气态硫族元素施体原子)中的每一者由对应于所述深杂质的不同电子或核自旋状态且表示量子位信息的多个量子状态表征。所述量子信息处理装置进一步包含具有具第一共振器频率的第一光子模态及表示共振器信息的光学状态的第一光学共振器。所述第一光学共振器光学耦合所述量子位信息与所述共振器信息。

一种用于量子信息处理器的操作方法。所述量子信息处理器包含耦合到半导体衬底的光学结构。多个深杂质安置在所述半导体衬底中。所述深杂质中的每一者由对应于施体原子的不同电子及核自旋状态的多个量子状态表征，信息由所述深杂质(例如，施体原子)的所述量子状态表示。所述方法包含：将所述多个深杂质中的第一深杂质初始化到第一基准状态；及将所述多个深杂质中的第二深杂质初始化到所述第一基准状态。所述方法进一步涉及：致使接近第一施体原子及第二施体原子的光学共振器与所述第一施体原子及所述第二施体原子共振；及将所述光学共振器的光学状态测量为由所述第一施体原子及所述第二施体原子的所述量子状态表示的所述信息的度量。

另一操作方法用于包含植入于半导体衬底中的施体原子的量子信息处理器。所述方法包含：将所述施体原子初始化为基准状态且将脉冲式磁场施加到第一施体原子以改变状态；致使接近所述施体原子的光学共振器与所述施体原子共振；及测量所述光学共振器中存在还是不存在光子。

另一操作方法用于包含安置在半导体衬底中的非气态硫族元素施体原子的量子信息处理器。所述非气态硫族元素施体原子表征为具有表示信息的一或多个不同量子状态。在一个方面中，所述方法包含：在光学耦合到所述非气态硫族元素施体原子的光学共振器处接收具有第一量子状态的光子；及对应于所述光学共振器处的所述第一量子状态而形成所述非气态硫族元素施体原子中的第二量子状态。