論文の概要: Roadmap on Atomic-scale Semiconductor Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.04535v2
- Date: Wed, 22 Jan 2025 11:48:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-23 13:28:30.398989
- Title: Roadmap on Atomic-scale Semiconductor Devices
- Title（参考訳）: 原子スケール半導体デバイスのロードマップ
- Authors: Steven R. Schofield, Andrew J. Fisher, Eran Ginossar, Joseph W. Lyding, Richard Silver, Fan Fei, Pradeep Namboodiri, Jonathan Wyrick, M. G. Masteghin, D. C. Cox, B. N. Murdin, S. K Clowes, Joris G. Keizer, Michelle Y. Simmons, Holly G. Stemp, Andrea Morello, Benoit Voisin, Sven Rogge, Robert A. Wolkow, Lucian Livadaru, Jason Pitters, Taylor J. Z. Stock, Neil J. Curson, Robert E. Butera, Tatiana V. Pavlova, A. M. Jakob, D. Spemann, P. Räcke, F. Schmidt-Kaler, D. N. Jamieson, Utkarsh Pratiush, Gerd Duscher, Sergei V. Kalinin, Dimitrios Kazazis, Procopios Constantinou, Gabriel Aeppli, Yasin Ekinci, James H. G. Owen, Emma Fowler, S. O. Reza Moheimani, John N. Randall, Shashank Misra, Jeffrey Ivie, Christopher R. Allemang, Evan M. Anderson, Ezra Bussmann, Quinn Campbell, Xujiao Gao, Tzu-Ming Lu, Scott W. Schmucker,
- Abstract要約: 半導体中のスピン状態は、量子ビットに対して非常に安定で耐雑音性のある環境を提供する。
1998年、ケインはドナー原子の核スピンと電子スピンをシリコンに使用することを提案した。
本稿は、金氏の提案から25年を振り返る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.479299092942778
- License:
- Abstract: Spin states in semiconductors provide exceptionally stable and noise-resistant environments for qubits, positioning them as optimal candidates for reliable quantum computing technologies. The proposal to use nuclear and electronic spins of donor atoms in silicon, introduced by Kane in 1998, sparked a new research field focused on the precise positioning of individual impurity atoms for quantum devices, utilising scanning tunnelling microscopy and ion implantation. This roadmap article reviews the advancements in the 25 years since Kane's proposal, the current challenges, and the future directions in atomic-scale semiconductor device fabrication and measurement. It covers the quest to create a silicon-based quantum computer and expands to include diverse material systems and fabrication techniques, highlighting the potential for a broad range of semiconductor quantum technological applications. Key developments include phosphorus in silicon devices such as single-atom transistors, arrayed few-donor devices, one- and two-qubit gates, three-dimensional architectures, and the development of a toolbox for future quantum integrated circuits. The roadmap also explores new impurity species like arsenic and antimony for enhanced scalability and higher-dimensional spin systems, new chemistry for dopant precursors and lithographic resists, and the potential for germanium-based devices. Emerging methods, such as photon-based lithography and electron beam manipulation, are discussed for their disruptive potential. This roadmap charts the path toward scalable quantum computing and advanced semiconductor quantum technologies, emphasising the critical intersections of experiment, technological development, and theory.
- Abstract（参考訳）: 半導体のスピン状態は、量子ビットに対して非常に安定でノイズ耐性のある環境を提供し、信頼できる量子コンピューティング技術の最適な候補と位置づけている。
1998年にケーンによって導入されたシリコンにドナー原子の原子スピンと電子スピンを用いるという提案は、量子デバイスのための個々の不純物原子の正確な位置決め、走査型トンネル顕微鏡とイオン注入の利用に焦点を当てた新しい研究分野を生み出した。
本稿では、金氏の提案から25年間の進歩、現在の課題、原子スケール半導体デバイス製造・測定の今後の方向性について概説する。
シリコンベースの量子コンピュータを開発し、多様な材料システムや製造技術を含むように拡張し、幅広い半導体量子技術応用の可能性を強調している。
主な開発は、単一原子トランジスタ、配列された数個のドナーデバイス、1ビットと2ビットのゲート、三次元アーキテクチャ、将来の量子集積回路のためのツールボックスの開発などである。
ロードマップではまた、拡張スケーラビリティと高次元スピンシステムのためのヒ素やアンチモンのような新しい不純物種、ドーパント前駆体とリソグラフィーレジストのための新しい化学、ゲルマニウムベースのデバイスの可能性についても検討している。
光子をベースとしたリソグラフィーや電子ビーム操作といった新しい手法が、その破壊的ポテンシャルについて論じられている。
このロードマップは、スケーラブルな量子コンピューティングと先進的な半導体量子技術への道をグラフ化し、実験、技術開発、理論の重要な交差点を強調している。
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