量子处理系统的制作方法

本公开的方面涉及量子处理系统，具体地但非排他地，涉及包括用于感测量子位的传感器的量子处理系统。

背景技术：

1、本部分中描述的发展是发明人已知的。然而，除非另外指明，否则不应假设本部分中描述的任何发展仅由于它们被包括在本部分中而被认为是现有技术，或者这些发展是本领域普通技术人员已知的。

2、大规模量子处理系统有望带来技术革命，具有解决经典机器无法实现的问题的前景。迄今为止，已经提出了众多不同的结构、材料和架构来实施量子位(quantum bit或qubit)以及对应的量子控制和处理系统。在可以商业制造这样的大规模量子计算机之前，需要克服众多障碍，例如在量子处理装置中精确地测量处于任何给定的时间的量子位状态。在本领域中已经提出了不同类型的传感器，以用于测量量子位状态。这些传感器中的一些传感器占据了量子芯片面积的较大部分，这使得用于大规模量子计算机的量子芯片的架构设计复杂化。

3、因此，期望用于感测量子位状态的改进的量子处理装置和系统。

技术实现思路

1、根据第一方面，本发明提供了一种量子处理系统，包括：位于半导体衬底中的多个量子位，每个量子位基于嵌入在半导体衬底中的量子点的自旋状态，并且每个量子点由一个或多个施主原子组成；制作在半导体衬底上/中的单引线量子点(slqd)电荷传感器；被配置为控制多个量子位的多个控制栅极，其中，slqd电荷传感器被配置为感测位于slqd电荷传感器的感测范围内的两个或更多个量子位。

2、在实施例中，slqd电荷传感器的感测范围是300纳米或更小。

3、在实施例中，两个相邻的量子位之间的最优量子位间距离是5-45纳米。

4、在实施例中，多个控制栅极中的每个控制栅极位于与对应的量子位和slqd电荷传感器所位于的平面相同的平面中。

5、在实施例中，多个量子位被布置成一维线性阵列，并且slqd电荷传感器位于用于感测量子位的一维线性阵列的中心附近。slqd电荷传感器可以感测一维线性阵列中的四个或更多个量子位。slqd电荷传感器可以感测一维线性阵列中的多达五十个量子位。

6、在替代性实施例中，多个量子位被布置成二维布置结构，并且slqd电荷传感器被放置在二维布置结构的中心附近。slqd电荷传感器可以感测二维布置结构中的多达200个量子位。

7、在实施例中，slqd电荷传感器使用单次激发(single-shot)读出过程感测每个量子位的自旋状态。

8、在实施例中，slqd电荷传感器的感测范围与slqd和基于施主的量子位之间的电容性耦合成正比，并且该电容性耦合与1/d1.5或1/d1.4±0.1成正比，其中，d是slqd电荷传感器与量子位之间的距离。

9、在实施例中，slqd电荷传感器依次读出两个或更多个量子位的自旋状态。

10、在实施例中，施主原子是磷-31(31p)施主原子。

11、在实施例中，31p施主量子点是使用原子精度氢抗蚀剂光刻在硅中制作的。

12、根据第二方面，本发明提供了一种制造量子处理系统的方法，包括以下步骤：提供位于半导体衬底中的多个量子位，每个量子位基于嵌入在半导体衬底中的量子点的自旋状态，并且每个量子点由一个或多个施主原子组成；在半导体衬底上提供单引线量子点(slqd)电荷传感器；提供被配置为控制多个量子位的多个控制栅极，其中，slqd电荷传感器被配置为测量位于slqd电荷传感器的感测范围内的两个或更多个量子位。

技术特征：

1.一种量子处理系统，包括：

2.根据权利要求1所述的量子处理系统，其中，所述slqd电荷传感器的所述感测范围是300纳米或更小。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的量子处理系统，其中，两个相邻的量子位之间的最优量子位间距离是5-45纳米。

4.根据上述权利要求中任何一项所述的量子处理系统，其中，所述多个控制栅极中的每个控制栅极位于与对应的所述量子位和所述slqd电荷传感器所位于的平面相同的平面中。

5.根据上述权利要求中任何一项所述的量子处理系统，其中，所述多个量子位被布置成一维线性阵列，并且所述slqd电荷传感器位于用于感测所述量子位的所述一维线性阵列的中心附近。

6.根据权利要求5所述的量子处理系统，其中，所述slqd电荷传感器感测所述一维线性阵列中的四个或更多个量子位。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的量子处理系统，其中，所述slqd电荷传感器感测所述一维线性阵列中的多达五十个量子位。

8.根据权利要求1-4中任何一项所述的量子处理系统，其中，所述多个量子位被布置成二维布置结构，并且所述slqd电荷传感器被放置在所述二维布置结构的中心附近。

9.根据权利要求8所述的量子处理系统，其中，所述slqd电荷传感器感测所述二维布置结构中的多达200个量子位。

10.根据上述权利要求中任何一项所述的量子处理系统，其中，所述slqd电荷传感器使用单次激发读出过程感测每个所述量子位的所述自旋状态。

11.根据上述权利要求中任何一项所述的量子处理系统，其中，

12.根据上述权利要求中任何一项所述的量子处理系统，其中，所述slqd电荷传感器依次读出所述两个或更多个量子位的所述自旋状态。

13.根据上述权利要求中任何一项所述的量子处理系统，其中，所述施主原子是磷-31(31p)施主原子。

14.根据权利要求13所述的量子处理系统，其中，31p施主量子点是使用原子精度氢抗蚀剂光刻在硅中制作的。

15.一种制造量子处理系统的方法，包括以下步骤：

技术总结本公开的方面针对量子处理系统，其包括位于半导体衬底中的多个施主原子量子位。该系统还包括被配置为控制施主原子量子位的多个控制栅极。该系统还包括被制作在半导体衬底上/中的SLQD电荷传感器。SLQD电荷传感器被配置为感测位于SLQD电荷传感器的感测范围内的两个或更多个施主原子量子位的自旋状态。技术研发人员：M·Y·西蒙斯,M·G·豪斯,S·K·戈尔曼,M·R·霍格受保护的技术使用者：硅量子计算私人有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15