爲實施量子電腦，世界各國都在研究各種硬體，其中有力的候補之一是使用了電子自旋的器件。該器件將一個電子侷限在微小半導體中作爲一個量子點，並將其自旋用於資訊處理。目前，自旋方向的控制及讀出等基本技術的開發正在快速推進之中，但量子點的整合化是面臨的一個重要課題。到目前爲止，雖然已有2行2列及3行3列這樣的量子點二維排列，但對於被視爲能有效控制電子自旋的微小磁鐵自旋共振，目前還無法實施量子點二維排列。
圖1 具有微小磁鐵的量子點2行2列陣列示意圖（供圖：九州大學）
在半導體基底層（淺橙色）表面製作柵電極（綠色），施加負電壓形成量子點。在柵電極上製作有微小磁鐵（黑色塊）。省略了柵電極和微小磁鐵之間的絕緣膜。
九州大學大學院系統情報科學研究院的木山治樹副教授、大阪大學產業科學研究所的中村駿吾研究生（研究當時）、大岩顯教授的研究團隊，爲實施量子點二維排列的電子自旋控制，透過對微小磁鐵產生的磁場分佈進行數值類比，開發出了2行2列量子點排列用微小磁鐵的形狀設計方法。形狀最適化後，以硅爲材料的量子點精度估計能達到99%以上，有望達到故障容許度所需的高精度控制。該成果已線上刊登在Journal of Applied Physics上，同時被Featured Article及其封面採用。
圖2 2行2列量子點排列周邊的平面磁場強度分佈類比結果例。黑點爲量子點位置。（提供：九州大學）
研究團隊今後會在本次取得的設計基礎上，實際製作2行2列量子點排列用微小磁鐵，努力實施電子自旋控制並對其進行精度評價。其後，研究團隊會進一步致力於用更大的排列進行自旋控制，實施20～30年後的半導體量子電腦。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Journal of applied physics
論文：Micromagnet design for addressable fast spin manipulations in a 2 × 2 quantum dot array
DOI：10.1063/5.0088840
