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一種量子芯片的制作方法

文檔序號(hào):11582616閱讀:1422來(lái)源:國(guó)知局

本發(fā)明涉及到芯片技術(shù),特別涉及到一種量子芯片。



背景技術(shù):

隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的發(fā)展,人們的生活水平和生活質(zhì)量有了飛速的提高。隨著時(shí)間的推移,人們對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力也在逐漸增強(qiáng),但是現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)芯片技術(shù)的計(jì)算機(jī)遇到了通信墻和功耗墻等一系列問(wèn)題,計(jì)算機(jī)的發(fā)展的摩爾定律也逐漸受到挑戰(zhàn),隨著芯片技術(shù)的發(fā)展,集成電路上可容納的晶體管數(shù)量不斷增加,晶體管的尺寸也在不斷減小至電子尺寸量級(jí),晶體管的量子效應(yīng)顯現(xiàn),現(xiàn)有的芯片技術(shù)無(wú)法處理這種量子技術(shù)難題,尋找一種突破性技術(shù)勢(shì)在必行。芯片是電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)的核心器件,當(dāng)前應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品的電子芯片由于計(jì)算過(guò)程中的不可逆操作會(huì)使得功耗高,芯片中的電子之間的相互碰撞會(huì)使得計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品發(fā)熱,而且隨著晶體管尺寸的逐步變小,電子件的碰撞影響隨之增加,計(jì)算機(jī)及電子產(chǎn)品的發(fā)熱問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重,影響了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和通信速度,計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和通信能力不能適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)于計(jì)算機(jī)能力的需求。

本發(fā)明是為了有效解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品的芯片主要為電子芯片,電子芯片的功耗大,由于電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互碰撞引起計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品發(fā)熱,計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度慢,通信設(shè)備的通信能力差的現(xiàn)狀,提出一種量子芯片,通過(guò)量子芯片使得計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程是可逆的,用于制備芯片的粒子的運(yùn)動(dòng)和信息傳遞通過(guò)電子自旋等量子特性而互不干擾,不會(huì)使得計(jì)算機(jī)及電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中發(fā)熱,計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和通信速度會(huì)幾何級(jí)增長(zhǎng),從而在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)效益上推動(dòng)計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)業(yè)整體性質(zhì)的飛越。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為解決現(xiàn)有計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品的電子芯片由于計(jì)算過(guò)程中的不可逆操作會(huì)使得功耗高,芯片中的電子之間的相互碰撞會(huì)使得計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品發(fā)熱,影響運(yùn)算速度和通信速度,計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和通信能力不能適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)于計(jì)算機(jī)能力的需求的問(wèn)題,本發(fā)明提出一種量子芯片,量子芯片是由具有拓?fù)湎嘧兊牟牧现瞥?。具有拓?fù)湎嘧兊牟牧显趨?shù)空間的拓?fù)鋽?shù)改變時(shí)發(fā)生拓?fù)湎嘧儭>哂型負(fù)湎嘧兊牟牧习ǖ幌抻诰哂辛孔踊魻栃?yīng)的電子氣、具有渦旋相變的超導(dǎo)薄膜、超流薄膜和磁系統(tǒng)、時(shí)間反演對(duì)稱性破缺的拓?fù)淞孔恿黧w、時(shí)間反演對(duì)稱和自旋軌道耦合的拓?fù)浣^緣體。具有量子霍爾效應(yīng)的電子氣包括但不限于1維、2維和3維。時(shí)間反演對(duì)稱和自旋軌道耦合的拓?fù)浣^緣體包括但不限于1維、2維和3維。量子芯片包括量子比特、量子門和糾錯(cuò)碼系統(tǒng)。量子芯片采用拓?fù)淞孔佑?jì)算的模式。量子比特是由滿足非阿貝爾(non-abelian)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)制成,馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)包括但不限于超中性子(neutralino)。拓?fù)淞孔佑?jì)算包括重整化群的量子編譯算法。量子門的操作由可以用2kx2k的酉矩陣表示,包括但不限于阿達(dá)馬門(hadamardgate)、泡利-x門(pauli-xgate)、泡利-y門(pauli-ygate)、泡利-z門(pauli-zgate)相位偏移門(phaseshiftgates)、互換門(swapgate)和toffoli門(toffoligate)。

附圖說(shuō)明

附圖1為量子芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

由圖可知,一種量子芯片,量子芯片是由具有拓?fù)湎嘧兊牟牧现瞥?。材料在參?shù)空間的拓?fù)鋽?shù)改變時(shí)發(fā)生拓?fù)湎嘧?。具有拓?fù)湎嘧兊牟牧习ǖ幌抻诰哂辛孔踊魻栃?yīng)的電子氣、具有渦旋相變的超導(dǎo)薄膜、超流薄膜和磁系統(tǒng)、時(shí)間反演對(duì)稱性破缺拓?fù)淞孔恿黧w、時(shí)間反演對(duì)稱和自旋軌道耦合的拓?fù)浣^緣體。具有量子霍爾效應(yīng)的電子氣包括但不限于1維、2維和3維。時(shí)間反演對(duì)稱和自旋軌道耦合的拓?fù)浣^緣體包括但不限于1維、2維和3維。量子芯片包括量子比特、量子門和糾錯(cuò)碼系統(tǒng)。量子芯片采用拓?fù)淞孔佑?jì)算的模式。量子比特是由滿足非阿貝爾(non-abelian)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)制成,馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)包括但不限于超中性子(neutralino)。拓?fù)淞孔佑?jì)算包括重整化群的量子編譯算法。量子門的操作由可以用2kx2k的酉矩陣表示,包括但不限于阿達(dá)馬門(hadamardgate)、泡利-x門(pauli-xgate)、泡利-y門(pauli-ygate)、泡利-z門(pauli-zgate)相位偏移門(phaseshiftgates)、互換門(swapgate)和toffoli門(toffoligate)。

具有拓?fù)湎嘧冃再|(zhì)的時(shí)間反演對(duì)稱和自旋軌道耦合的2維拓?fù)浣^緣體具有量子霍爾效應(yīng),它是通過(guò)自旋軌道耦合而不是電子傳遞信息,在各自軌道上運(yùn)行,不會(huì)相互碰撞而使的計(jì)算機(jī)和電子器件發(fā)熱。由滿足非阿貝爾(non-abelian)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)制成的量子比特,由于馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)的反粒子就是自身,他的性質(zhì)決定了由馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)制成的量子比特不易與周圍的物質(zhì)發(fā)生破壞量子系統(tǒng)的作用,從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前科技的一大難題即量子計(jì)算、量子比特糾錯(cuò)碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。由量子比特組成的量子門,可以操作1個(gè)或者多個(gè)量子比特,是一個(gè)基本的量子線路。量子門的操作可以由2kx2k的酉矩陣表示,包括但不限于阿達(dá)馬門(hadamardgate)、泡利-x門(pauli-xgate)、泡利-y門(pauli-ygate)、泡利-z門(pauli-zgate)相位偏移門(phaseshiftgates)、互換門(swapgate)和toffoli門(toffoligate),由于傳統(tǒng)邏輯線路的toffoli門(toffoligate)可以換算成一個(gè)deutsch門d(π/2),因此由量子線路原理進(jìn)行重整化群量子編譯算法的量子計(jì)算模式可以模擬所有的用傳統(tǒng)線路原理進(jìn)行的傳統(tǒng)計(jì)算操作模式。

通過(guò)具有拓?fù)湎嘧冃再|(zhì)的時(shí)間反演對(duì)稱和自旋軌道耦合的2維拓?fù)浣^緣體具有量子霍爾效應(yīng),它是通過(guò)自旋軌道耦合而不是電子傳遞信息,在各自軌道上運(yùn)行,不會(huì)相互碰撞而使的計(jì)算機(jī)和電子器件發(fā)熱,解決了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的芯片中電子在運(yùn)動(dòng)中相互碰撞使得計(jì)算機(jī)發(fā)熱,運(yùn)算速度慢、通信速度慢的問(wèn)題,同時(shí)也解決了晶體管的尺寸趨于電子尺寸從而具有量子效應(yīng)的難題,量子比特由具有特殊性質(zhì)的馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)制成,由于馬約拉納費(fèi)米子(majoranafermion)制成的量子比特不易與周圍的物質(zhì)發(fā)生破壞量子系統(tǒng)的作用,自動(dòng)成為量子比特計(jì)算、通信的糾錯(cuò)功能,可以大幅度提高量子計(jì)算的計(jì)算精度,成為糾錯(cuò)碼系統(tǒng)的基礎(chǔ),解決了當(dāng)前糾錯(cuò)碼技術(shù)的一大難題。由于使用量子門的計(jì)算模式使得計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程是可逆的,由量子線路原理進(jìn)行重整化群量子編譯算法的量子計(jì)算模式可以模擬所有的用傳統(tǒng)線路原理進(jìn)行的傳統(tǒng)計(jì)算操作模式,由此可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的所有計(jì)算操作,由于上述所說(shuō)的量子比特、量子門和量子芯片的特殊材質(zhì)和計(jì)算原理,可以幾何級(jí)提高計(jì)算速度和通信速度,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展。

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