雙量子點的特性
邁向量子計算，就需要連接多個量子位元。半導體量子位元算是「半固定式」的量子位元，載子具有遷移的特性，會有許多豐富的現象。 本文介紹最基本的雙量子點特性。
▲類似單量子點，定義雙量子點概念圖。透過三個勢壘電極\(V_{b1}, V_{b2}, V_{b3}\)建立兩個量子點區間，
兩個量子點可由各自的閘極\(V_{g1}, V_{g2}\)調控能階高低。
Ref:作者繪製
雙量子點間交互作用
量子計算需要量子位元間有交互作用，才可以進行有效的量子資訊運算。在微觀尺度上，靠近的兩個量子位元 ，需要考慮載子電荷的庫倫交互作用，和電極間的交叉影響。我們利用\( (N_{QD_1},N_{QD_2})\)來表示在\(QD_1,QD_2\)量子點上的電荷數量 ，例如\((0,1)\)表示\(QD_1\)上有0個載子、\(QD_2\)上有 1 個載子。
▲雙量子點之間載子的庫倫交互作用示意圖，由於另一個位置上進入一個電荷，庫倫交互作用下會導致能階上升。
Ref:作者繪製
量測能階與Stability Diagram
在單量子點中，有Coulomd Diamond的量測圖。我們也可以透過調控閘極\(V_{g1}, V_{g2}\)進行能階的量測。 由於兩個量子點的距離很靠近，會有庫倫交互作用力和電極間的交互影響。
▲（左）假想兩個距離很遠、互相沒有任何影響的雙量子位元，調控\(V_{g1}, V_{g2}\)出現的信號圖。
（中）考慮電荷間的庫倫交互作用力。
（右）實際上的雙量子點特性，除了電荷間的庫倫交互作用力之外，因為兩個電極間會互相影響，就會呈現六角形的形狀。
Ref:作者繪製
▲實際量測的雙量子點能階特性圖，稱為Stability Diagram。
Ref: Engineering Independent Electrostatic Control of Atomic-Scale (∼4 nm) Silicon Double Quantum Dots
DOI: 10.1021/nl3012903
雙量子點中的載子傳輸特性
由於載子間的庫倫交互導致能階變化，雙量子點的電流傳輸會有兩種不同的過程：
A循環是比較直覺的循環，兩個量子點的能階剛好在偏壓之間，自然形成階梯式的載子流動循環。
B循環是透過載子間的交互作用力，因為新加入的電荷將能階提升至偏壓的窗口，從而形成循環。
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▲可以透過Stability Diagram來理解兩個循環的差異。同時，實驗上（右圖）也可以看的兩個不同的循環產生成對的訊號三角。
Ref:
(左)作者繪製
(右) Silicon quantum electronics, DOI: 10.1103/RevModPhys.85.961
王培儒