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图片来源:Amin Van/shutterstock.com
量子计算被视为生产更快、更高效计算机的下一个合乎逻辑的步骤。虽然量子计算在很久以前就理论化了，但纳米技术和半导体的进步近年来帮助量子计算更接近主流应用。在这篇文章中，我们看看半导体在实现量子计算中的作用。
正常的计算操作使用位，也称为二进制位，它是计算机中最小的数据单位，采用0或1的值。量子计算使用一个类似的位系统，称为量子位。然而，量子位值是可以叠加的，因此它们不是可以采用两个值，而是实际上可以采用三个值中的一个——0、1和0或1。因此，与传统计算机不同的是，这使得操作可以同时在两个值上进行。
构建量子计算系统的原理
就像传统计算中的比特一样，量子位是构建块，所有功能都源自量子位的行为。尽管有三个值，函数背后的数学是复杂的，但简言之，这些单个的量子位可以有一个无穷大的值，这导致了状态的连续性。量子位以量子力学的方式存储信息，是一个双态系统，利用电子的½自旋态，其形式为向上或向下，并通过光子的偏振（可读取为垂直或水平偏振）。量子比特也会经历量子纠缠，这意味着量子比特可以成为一个量子比特，并且不能单独描述，即操作的结果是相关的，量子态必须作为一个整体系统而不是单个量子比特来描述。
量子计算依靠某些物理特性和物理方向来提供所需的计算能力。它不是软件，而是硬件技术，因此用于构建量子计算机的材料类型是重要的。欧洲杯足球竞彩量子计算机要想高效运行，有几个必要条件。使用的材欧洲杯足球竞彩料通常需要拥有长寿的自旋态,能够控制与外部磁场旋转操作,能够控制自旋之间的交互,能够控制自旋之间的交互和外部热源和有能力执行操作在几个量子位系统并行。此外，量子系统必须几乎完全与环境隔离，相干量子态需要被保留，退相干时间需要很长，读数需要能够测量电子的单自旋态和整体自旋共振。
量子计算中的半导体
由于量子计算是基于物理材料的，因此材料的选择非常重要，近年来半导体材料已成为一种广泛的试验选择欧洲杯足球竞彩。对量子计算的许多初步研究只表明了可以在接近绝对零度的温度下工作的系统。然而，由于半导体现在被用于构建这些系统，它使研究人员能够在室温条件下利用量子计算机。这是量子计算接近商业化的主要原因之一，因此半导体所起的作用非常重要。
的确，半导体的实现本身就具有挑战性。许多半导体材料可以显示多个量子自由度，这欧洲杯足球竞彩导致量子位元相互作用，并迅速退焦。然而，原子工程和先进的半导体制造技术的进步降低了这些影响。
量子计算中的半导体设计
制造半导体以构建量子计算系统的主要方式有三种。这些是异质结构、SRT嵌入异质结构和量子点阵列。异质结构通常包含许多不同的半导体层，所有半导体层都具有相同的元素组成，但元素比率不同，因此每层的性质略有不同。这通常由顶部的半导体阻挡层覆盖，然后是一系列掺杂栅极。量子位元存在于异质结构中，并与磁化层和异质结构量子阱层共同工作。异质结构铺设在半导体接地层和缓冲层的顶部，所有这些都位于硅衬底的顶部。在这些系统中，量子位是独立的，但无法区分，电容测量被用来观察一个量子位的核自旋是演化成单线态还是三线态。这是最基本的配置，但许多其他配置都是从中改编而来的。
一些半导体异质结构可以通过嵌入在异质结构中的自旋共振晶体管（SRT）来制造。这些比异质结构系统更具前景，因为它们使量子纠缠发生在量子位之间。SRT的结合形成了CNOT门，它能够更精确地控制量子比特之间的相互作用，并且不需要在异质结构的表面上有多个门。这些系统以不同的方式测量量子比特的单线态和三线态。因为量子位元位于晶体管和栅电极之间，所以沟道电流对荷电状态很敏感。这就意味着能够仅通过电流来确定电子状态，如果通道电流发生变化，量子比特处于单线态，而如果电流恒定，则处于三线态。
另一种方法是通过量子点阵列。静电定义的半导体量子点可以用来降低两个量子位元耦合时的电子隧穿势垒。量子点阵列被放置在半导体异质结构的顶部。在这些阵列中，量子点是耦合的，垂直电场使量子点光激发并使载流子在规定的距离上局域化，从而产生不同的状态。电场还导致空穴迁移到缓冲层，电子保持在基态。当电场关闭时，量子点量子比特就会纠缠在一起。读数是由量子位的局域自旋态决定的，因为当自旋态处于“向下”方向时，电子将离开，导致量子位通过量子隧穿与储层相互作用。当电子自旋态为“上”方向时，电子将停留在量子点内，不会观察到隧穿现象。激子的塞曼分裂，即电子能级的分裂，使量子点采用叠加的“0和1”态。因此，所有的状态都很容易从它们的电压和安培输出中区分出来。
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