【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、量子コンピュータに関する。 【０００２】 【従来の技術】量子計算では、量子ビットすなわち「キュービット」形式でデータを処理する。 従来の計算では、１ビット分の情報が、とり得る２つの論理状態のどちらかひとつだけ、すなわち“１”又は“０”を表すのに使用されている一方で、量子計算では、１キュービットが同時に２つの論理状態を量子状態の重ね合わせとして表現できる。 この特性から、計算の強力な並列性が生まれてくる。 この並列性を利用したアルゴリズム、例えば、大きな整数を効率的に因数分解するためのアルゴリズムなどが開発されている。 量子計算の概要については、１９９８年３月Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｗｏｒｌｄ発行のＤａｖｉｄ ＤｅｕｔｓｈとＡｒｔｕｒ Ｅｋｅｒｔの共著による“Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏ
ｎ”の４７−５２ページ、及び１９９８年（Ｗｏｒｌｄ
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）発行のＨｏｉ−Ｋｗｏｎｇ Ｌｏ、Ｔｉｍ Ｓｐｉｌｌｅｒ
及びＳａｎｄｕ Ｐｏｐｅｓｃｕ編集による“Ｉｎｔｒ
ｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｐｕ
ｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”のＡ
ｄｒｉａｎｏ Ｂａｒｅｎｃｏ著による“Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ： Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕ
ｃｔｉｏｎ”の１４３−１８３ページにそれぞれ記載がある。 【０００３】従来のコンピュータでは、１ビット分の情報は、通常、電圧レベルによって表現される。したがって、“０”は、比較的低い電圧レベル、例えば０ボルトによって表現でき、“１”は、比較的高い電圧レベル、
例えば５ボルトなどによって表現できる。 【０００４】量子コンピュータでは、１キュービットは、光子の左右局在状態、電子のスピンアップ状態とスピンダウン状態、及び量子ドットの基底状態と励起状態などを使用して、様々な方法で表現できる。 このキュービットは、｜０＞及び｜１＞で表される２状態からなる基底によって定義される。 したがって、キュービットの状態は、以下の式（１）のように表現できる。 【０００５】 【数１】

【０００６】ここで、ａとｂは複素数係数である。 キュービットは、異なる値のａとｂを使用して、情報を０と１の組み合わせとして格納する。 ただし、キュービットの測定では、この組み合わせが｜０＞又は｜１＞のどちらかの状態に投影され、その結果として０か１が返される。 これらの値が返される確率は、それぞれ｜ａ｜

^２及び｜ｂ｜

^２である。 このように、１キュービットで構成される系は、２つの二進値０と１を同時に格納できるが、格納された情報の再生は制限されている。 【０００７】２キュービットで構成される系は、重ね合わせの結果として最高４つの二進値を同時に格納できる。 したがって、ＡとＢのラベルの付いた２つ１組のキュービットを有する系は、｜０＞

_Ａ ｜０＞

_Ｂ 、｜０＞

_Ａ

｜１＞

_Ｂ 、｜１＞

_Ａ ｜０＞

_Ｂ及び｜１＞

_Ａ ｜１＞

_Ｂのように記述できる４状態を基底として定義される。 １キュービットが｜０＞と｜１＞の重ね合わせとして情報を格納できるのと同じ方法で、２つ１組のキュービットも基底状態｜０＞

_Ａ ｜０＞

_Ｂ 、｜０＞

_Ａ ｜１＞

_Ｂ 、｜１＞

_Ａ

｜０＞

_Ｂ及び｜１＞

_Ａ ｜１＞

_Ｂの重ね合わせとして情報を格納できる。 例えば、２キュービットは、以下の式（２）のように表現することができる。 【０００８】 【数２】 【０００９】このように、４つの二進値００、０１、１

０及び１１は、同時にコード化される。 この場合、２つのキュービットは相互に独立して存在しているので、測定キュービットＡの結果は、測定キュービットＢの結果とは無関係である。 【００１０】しかし、２つのキュービットが絡み合っている場合には、２つの測定結果は相関関係を持つようになる。 絡み合いによって、キュービットを以下の式（３）のように表すことができる。 【００１１】 【数３】 【００１２】このように、二進値の００と１１は、同時にコード化される。 ただし、キュービットＡを測定し、

０の結果が返された場合には、次のキュービットＢの測定結果も０となるのは、確実である。 【００１３】３つのキュービットからなる系は、８つの二進数０００、００１、． ． ． 、１１１を同時に格納できる８状態の基底によって定義される。 【００１４】一般に、ｍキュービットからなる系は、２

^ｍ状態の基底を有し、０から２

^ｍ −１までの数字を表すのに使用することができる。 したがって、量子コンピュータは、２

^ｍの数字を同時に格納できるという点で、従来のコンピュータに比べて明らかな利点を有する一方、

ｍビットの入力レジスタを有する従来のコンピュータの場合、このような数字のうちひとつだけしか一度に格納することはできない。 【００１５】量子並列処理を可能にする量子状態の重ね合わせを利用することにより、複数の数を同時に格納することができる。 １つの計算ステップを使用するだけで、２

^ｍの異なる数字で一度に同じ演算を実行し、対応する出力状態の重ね合わせを生成することができる。 従来のコンピュータで同じ結果を得るためには、計算ステップを２

^ｍ回繰り返すか、２

^ｍ個の異なるプロセッサが必要となると考えられる。 【００１６】高性能ではあるが、量子並列処理にはたった１つの状態しか測定できないという欠点がある。 とはいえ、データベースの分類やサーチなどといったいくつかのプロセスでは、一価の解しか必要ではないであろう。 したがって、複数の数字で同時に演算が行われた系を測定したときに返される、確率の最も高い結果が所望の値であるなら、この系は並列性からさらに多くの利益を得るであろう。 このようにして動作するアルゴリズムの例が、第２８回Ａｎｎｕａｌ ＡＣＭ Ｓｙｍｐｏｓ

ｉｕｍ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｐ

ｕｔｉｎｇ報告書（１９９６年５月フィラデルフィアで発行）の２１２−２１９ページ記載のＬｏｖ Ｇｒｏｖ

ｅｒ著による“Ａ Ｆａｓｔ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｍｅｃ

ｈａｎｉｃａｌ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｄａｔ

ａｂａｓｅ Ｓｅａｒｃｈ”に取り上げられている。 【００１７】理想を言えば、量子コンピュータにおけるキュービットは同一であることが望ましい一方で、エネルギーに個別に変換できることも望まれる。個別に制御可能な同一キュービットを有しているということに対する要求事項を満たすいくつかの系が提案されている。例えば、原子ビーム、捕獲されたイオン及びバルク核磁気共鳴を使用した実験用量子コンピュータが実現化されている。 【００１８】このような系の例については、Ｔｈｏｍａ

ｓ Ｐｅｌｌｉｚａｒｉ著による“Ｑｕａｎｔｕｍ ｃ

ｏｍｐｕｔｅｒｓ、Ｅｒｒｏｒ−Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ

ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ： Ｑｕａｎｔｕｍ

Ｏｐｔｉｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ”の２７０−３

１０ページ、及び“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏＱ

ｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎ

ｆｏｒｍａｔｉｏｎ”ｉｂｉｄの３１１−３３９ページ記載のＩｓａａｃ Ｃｈｕａｎｇ著“Ｑｕａｎｔｕｍ

Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｎｕｃｌｅａｒ

Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ”に取り上げられている。ただし、これらの系は、作り上げるのが困難であるため、それらのアーキテクチャが約１０キュービットを越える多数のキュービットを収容できるまでスケールアップするのが容易ではないという欠点もある。 【００１９】量子コンピュータは、半導体ナノ構造及び／又はジョセフソン接合を採用した半導体システムを使用して実現化することも可能であろう。このような素子のひとつが、Ｎａｔｕｒｅ第３９８巻（１９９９年発行）の７８６ページ掲載の、Ｙ．Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｙ

ｕ． Ａ． Ｐａｓｈｋｉｎ及びＪ． Ｓ． Ｔｓａｉ共著による“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｍａｃ

ｒｏｓｃｏｐｉｃ ｑｕａｎｔｕｍ ｓｔａｔｅｓ ｉ

ｎ ａ ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｏｏｐｅｒ−ｐａｉｒｂｏ

ｘ”に取り上げられている。別の素子についても、我々のＥＰ出願０１３０４７４５．１に記載がある。 【００２０】このような半導体システムの利点は、スケーリングするのに好ましい状態にあるので、量子コンピュータを応用することができるという点にある。しかし、半導体システムでは、キュービットはリソグラフ法を用いて個別に組み立てられている。したがって、キュービットは、例えこれらが同じになるようにしようとしても、相互にわずかずつ異なってしまう。 【００２１】 【発明が解決しようとする課題】この発明は、改良された量子コンピュータを提供することを目的としている。

本発明は、複数のキュービットが実質的に相互に同じで、組み立てやすい量子コンピュータを提供することも目的としている。 【００２２】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、１次固有状態と２次固有状態を示す系からなる少なくとも１つのキュービットを有する量子コンピュータが提供されており、該系は、複数の実質的に同じシステムのひとつと該系を移動可能なように既定位置に固定するための手段である。 【００２３】この系は、自然発生して、分子を含むことができる。 分子はアンモニアやシアナミドのように錐形をしていると考えられる。 【００２４】系を既定位置に固定するための手段は、エンドヘドラル分子などのような系を閉じ込めるための手段を有することができる。 アンドへドラル分子は、Ｃ

_６０分子などのバックミンスターフルレン分子などであると考えられる。 【００２５】量子コンピュータは、系を固定するための基板を有することができる。 この基板には、二酸化珪素又は窒化珪素などの絶縁領域を含むことができる。 基板は、さらに、シリコンなどのような半導体を含む伝導領域を有し、不純物をドーピングすることもできる。 不純物は、少なくとも１×１０

^１８ ｃｍ

^−３の濃度にドーピングすることができる。 基板はパターンニングできる。 【００２６】量子コンピュータには、電位計などの該系の状態を検出するための手段を含むことができる。 この基板は、該系の状態を検出するための手段を定義するようパターンニングできる。 【００２７】系には、それらに関連付けられるような、

それぞれ第１の双極子モーメントと第２の双極子モーメントである第１の非局在状態と第２の非局在状態を定義するための手段を有することができる。 第１の双極子モーメントと第２の双極子モーメントは、電気双極子モーメントとすることができる。 第１の非局在状態と第２の非局在状態は、該第１の固有状態と該第２の固有状態を生成できるように、重ね合わせが可能である。 第１の固有状態と第２の固有状態の大きさは、１０μｅＶかそれより大とすることができるエネルギーギャップによって分割可能である。 【００２８】量子コンピュータはさらに、例えば、分子ナノチューブや特に炭素で形成されたカーボンナノチューブなどのように管状とすることができる、該系を該既定位置に固定するための該手段を配列するための手段を有する。 【００２９】量子コンピュータは、実質的には該系と同じであるもう１つの系と、該もう１つの系を移動可能なように別の既定位置に固定するための別の手段を有するもう１つのキュービットを含むことができる。 該もう１

つの系を移動可能なように該もう１つの既定位置に固定するためのもう１つの手段は、該系を移動可能なように該既定位置に固定するための該手段とは別の手段とすることができる。 【００３０】量子コンピュータは、第３の固有状態及び第４の固有状態を示す異なる系を有する異なるキュービットを含むことができ、該異なる系は、実質的には同じ複数の系のいずれかひとつと、該異なる系を移動可能なように既定位置に固定するための手段からなっている。 【００３１】本発明によれば、該第１の固有状態と第２

の固有状態を第１の局在状態と第２の局在状態に分離させるための第１の静電場の供与により、量子コンピュータを動作させる方法も実現される。 この方法では、さらに該系の測定も行う。 【００３２】本発明によれば、該系にラビ振動を与える時間依存電場の供与により量子コンピュータを動作させる方法も実現される。 【００３３】本発明によれば、該第１の固有状態と第２

の固有状態との間のエネルギーギャップを変化させるための第２の静電場の供与により量子コンピュータを動作させる方法も実現される。 【００３４】本発明によれば、少なくとも１キュービットを有する量子コンピュータを組み立てるための方法が実現されるが、この方法は、第１の固有状態と第２の固有状態を示す実質的には同じ複数のシステムのひとつである系の供与及び該系を移動可能なように既定位置に固定するための手段の供与によりなる。 【００３５】この方法は、さらに、該系の特定の位置への移動によりなる。 【００３６】次に、添付図面を参照して、例を挙げながらこの発明の実施例について説明する。 【００３７】 【発明の実施の形態】（実施例１）図１及び図２を参照すると、量子コンピュータ１は、第１の検出器４と第２

の検出器５、及び制御ゲート６との間に配置された第１

のキュービット２と第２のキュービット３を有している。 【００３８】検出器４及び５は、誘導電荷に従って電流を制御するためクーロンブロッケードを採用している単電子電位計である。 電位計４及び５はそれぞれ、２個一組の電極８と９との間に、対応するエッチング領域１０

及び１１によって電極８と９から絶縁されるよう配置された、領域７を有している。 絶縁領域７の直径は約２０

ｎｍで、約１０ｎｍだけ各電極８及び９から分離されている。 電位計４及び５は、検出器であるだけでなく、追加制御ゲートとしての役割も果たすことができるという、二重の目的を帯びている。 【００３９】電位計４及び５ならびに制御ゲート６は、

ドーピング済み半導体層１３内の絶縁基板１２上に形成され、その上に保護キャッピング層１４がオーバレイされている。 絶縁基板１２は、二酸化珪素（ＳｉＯ

_２ ）を含有している。 ドーピング済み半導体層１３は、濃度ｎ

＝１×１０

^２０ ｃｍ

^−３までリン（Ｐ）を用いてドーピング済み多結晶シリコン（ポリ−Ｓｉ）を有している。

半導体層１３の厚さは、１０ｎｍである。 キャッピング層１４は、内在多結晶シリコンを有し、厚さが２０ｎｍ

である。 エッチング領域９及び１０は、絶縁領域７と、

抵抗Ｒが量子抵抗２６ｋΩより大きい（Ｒ

_Ｋ ≒２６ｋ

Ω）電極８及び９との間に、トンネル障壁が形成されるように、薄いドーピング半導体層を有している。 【００４０】電位計４と５は、矢印Ｌ

_１によって示されているように、約１００ｎｍだけ相互に分離されている。 第１のキュービット２及び第２のキュービット３

は、矢印Ｌ

_２に示されているように、約１０ｎｍだけ相互に分離されている。 制御ゲート６は、矢印Ｗによって示されているように、キュービット２及び３から約５０

ｎｍの位置に配置されている。 【００４１】図３を参照すると、キュービット２及び３

はそれぞれ、第１の固有状態｜０＞及び第２の固有状態｜１＞を示す系１５及び、系を移動可能なように既定位置に固定するための手段１６を有している。 系１５は、

Ｃ

_６０の分子を有する、固定手段１６内に閉じ込められているアンモニア（ＮＨ

_３ ）分子を有している。 【００４２】アンモニア分子１５は、走査プローブ顕微鏡を用いて、配置された電位計４と５との間の基板１２

上の一位置に固定されている。 【００４３】アンモニア分子１５は、他のアンモニア分子と同じである。 したがって、キュービット２及び３はそれぞれ、半導体のエッチングによって形成される量子ドットなど、人工のキュービットとは異なり、実質的に同じ固有状態を有する。 さらに、この発明による量子コンピュータは、以後さらに詳しく述べるように、容易に組み立てることができる。 アンモニア分子アンモニア分子１５は、２状態の系であるため、量子計算に適している。 【００４４】図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すると、

アンモニア分子１５が、錐形構造内に配置された、１個の窒素原子１７と３個の水素原子１８

_１ 、１８

_２ 、１８

_３を有している。 アンモニア分子１５には、分子１５が回転しているか移動しているか又は振動しているかとは関係なく、２種類の等価形状の配列がある。 窒素原子１

７は、図４（ａ）に示されているように、水素原子１８

_１ 、１８

_２ 、１８

_３の平面上又は、図４（ｂ）に示されているように、水素原子１８

_１ 、１８

_２ 、１８

_３の平面下に配置することができる。 したがって、アンモニア分子１５には、以下の式（４）、（５）に示すような２状態がある。 【００４５】 【数４】 【００４６】 【数５】 【００４７】これらについては、以後、便宜上｜ｕ＞及び｜ｄ＞と表す。 窒素原子１７は、水素原子１８

_１ 、１

８

_２ 、１８

_３を有する平面を通過して、もう一方の側へ移動するので、｜ｕ＞と｜ｄ＞の２状態間でフリップする。 【００４８】アンモニア分子１５は、Ｎ−Ｈ共有結合内の不揃いな電子分布から生じる、電気双極子モーメントμを有する。 電気双極子ベクトル１９は、分子１５の質量２０の中心から離れて窒素原子１７の方向へ移動する。 したがって、双極子モーメントベクトル１９が向かう方向は、｜ｕ＞と｜ｄ＞の２状態で異なる。 後で述べるように、この特性を用いると、アンモニア分子１５の状態｜Ψ＞を測定することができる。 【００４９】前に述べたように、窒素原子１７は、水素原子１８

_１ 、１８

_２ 、１８

_３を有する平面を通過して、

もう一方の側へ移動することができるので、｜ｕ＞と｜

ｄ＞の２状態間でフリップする。 しかし、窒素原子１７

は、完全に自由にこのようにできるわけではない。 【００５０】図５を参照すると、第１のポテンシャルの井戸２１と第２のポテンシャルの井戸２２によって表現される｜ｕ＞と｜ｄ＞の２状態が、障壁の高さがφ

_ｂａｒｒ

_ｉｅｒ ＝２５０ｍｅＶである反転障壁として表現されることのある、トンネル障壁２３によって相互に分離されている。 このように、２状態間でフリップするため、窒素原子１７が、障壁２３をトンネル効果により通過する。 【００５１】図６（ａ）を参照すると、｜ｕ＞と｜ｄ＞

の２状態が相互に分離された場合、すなわちポテンシャルの井戸２１及び２２にそれぞれ局在化された場合には、２状態は構造的に等価であるため、等しいエネルギーを有するようになる。 【００５２】ただし、窒素原子１７は局在化しない。 したがって、｜ｕ＞と｜ｄ＞の２状態は、アンモニア分子１５の系の固有状態ではない。 その理由は、窒素原子１

７が障壁２１をトンネル効果により通過するのに要するトンネリング時間ｔ

_ｔｕｎｎ

_ｅｌが、デコヒーレンス時間ｔ

_ｄｅｃより短くなる（ｔ

_{ｔｕｎｎｅｌ} ＜

ｔ

_ｄｅｃ ）、という点にある。 したがって、｜ｕ＞と｜

ｄ＞の２状態が非局在状態となる。 その結果、｜ｕ＞と｜ｄ＞の２状態の重ね合わせが生じる。 第１の固有状態｜０＞は、｜ｕ＞と｜ｄ＞の２状態の対称的重ね合わせとして形成され、第２の固有状態｜１＞は、｜ｕ＞と｜

ｄ＞の２状態の非対称的重ね合わせとして形成される。

したがって、アンモニア分子１５の固有状態｜０＞及び｜１＞は、以下の式（６）、（７）のように定義される。 【００５３】 【数６】 【００５４】 【数７】 【００５５】図６（ｂ）を参照すると、第１の固有状態｜０＞及び第２の固有状態｜１＞のエネルギーは、 【００５６】 【数８】 【００５７】エネルギーギャップ２４によって分割されているが、この場合、第１の固有状態｜０＞のエネルギーが第２の固有状態｜１＞のエネルギーより低い。 第１

の固有状態｜０＞及び第２の固有状態｜１＞は、多くの場合、それぞれ基底状態と励起状態として表されている。 【００５８】室温では、アンモニア分子１５が第１の固有状態｜０＞になる確率は、第２の固有状態｜１＞になる確率とほぼ同じである。 ただし、２０ｍＫなどのような低温では、アンモニア分子１５が第１の固有状態｜０

＞になる確率は１である。 したがって、量子コンピュータ１５を約２０ｍＫの温度にまで冷却し、数秒間など、

十分に長い時間待った後で、状態｜Ψ＞＝｜０＞のキュービット２及び３がそれぞれ得られる。 【００５９】前に述べたように、アンモニア分子１５には、電気双極子モーメントμがある。 この電気双極子モーメントを用いると、アンモニア分子１５の状態を判定できるだけでなく、他のアンモニア分子と相互作用するための手段も得られる。 【００６０】｜ｕ＞及び｜ｄ＞の対称的重ね合わせ及び非対称的重ね合わせからゼロの純双極子モーメントが生じるので、固有状態｜０＞及び｜１＞には静的双極子モーメントは存在しない。 ただし、第２の固有状態｜１＞

には、局在化電場Ｅ

_ｌｏｃ ＞５×１０

^６ Ｖｍ

^−１を供与することによって静的双極子モーメントに転換できる、

ゼロではない動的双極子モーメントが存在する。 【００６１】図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照すると、

局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）２５が、電気双極子モーメントベクトル１９が方向づけられている軸２６に平行に供与されると、電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）が、｜ｄ＞の状態のポテンシャルエネルギーが｜ｕ＞の状態より低くなるように、

ポテンシャルの井戸２２及び２３を傾ける。 その結果、

｜ｕ＞及び｜ｄ＞の両状態が局在するようになる。 【００６２】アンモニア分子１５が第１の固有状態｜０

＞である場合には、供与される局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）

２５内で、分子１５がなおゼロの動的双極子モーメントを有する。 アンモニア分子１５が第２の固有状態｜１＞

である場合には、局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）２５内で、分子１５が自己の電場Ｅ

_ｉｎｄを誘起するゼロではない動的双極子モーメントを有するようになる。 【００６３】このように、アンモニア分子１５の状態｜

Ψ＞の測定は、Ｅ

_ｌｏｃ ＞５×１０

^６ Ｖｍ

^−１であるような局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）２５を供与し、動的双極子モーメントによって電場Ｅ

_ｉｎｄが誘起されているかどうかを検出することによって行われる。 実際には、不整合電場は軸２６に平行な成分と垂直な成分に分解できるので、局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）２５が軸２６に平行に整合している必要はない。 【００６４】驚いたことに、Ｃ

_６０分子１６は、静的電場及び時間依存電場を完全に選別し、排除することはない。 これは、Ｃ

_６０分子１６の分極化が一部だけしか可能ではないという理由による。 動的双極子モーメントによって生じる誘起電場Ｅ

_ｉｎ

_ｄの約１０％が、Ｃ

_６０分子１６によって選別及び排除される。 【００６５】したがって、アンモニア分子１５は、Ｃ

_６０分子１６内に閉じ込められるが、なお外部電場と相互作用することができる。 【００６６】他の系をアンモニア分子１５の代用として使用可能であるということは十分理解されるであろう。

例えば、錐形構造を持ち、非局在状態を示す、シアンアミド（ＮＨ

_２ ＣＮ）などのような他の分子も使用可能である。 シアンアミドには、φ

_{ｂａｒｒｉｅｒ} ＝５８ｍｅ

Ｖの反転障壁と電気双極子モーメント０．９６Ｄがある。 キュービットの作成、操作及び測定次に、例に示されているキュービット、すなわち第１のキュービット２を作成し、操作するためのプロセスについて説明する。 【００６７】まず初めに、｜Ψ＞＝｜０＞となるように第１のキュービット２の段取りを行う。 この段取りでは、静かな電磁環境に量子コンピュータ１を配置し、希釈冷凍を用いてこれを約２０ｍＫにまで冷却する。 【００６８】次に、以下の式（８）、（９）に示されているように、状態｜Ψ＞のユニタリートランスフォーメーションＵ

_ｔを行なう。 【００６９】 【数９】 【００７０】 【数１０】 【００７１】ここでは、α及びβは複素数係数である。 【００７２】図８を参照すると、ユニタリートランスフォーメーションＵ

_ｔを行うときには、時間Ｔの既定期間、エネルギーギャップ２４に対応する、共振周波数υ

＝２πω＝２３．８ＧＨｚでガンダイオード（表示せず）によって生成されたマイクロ波放射パルスとして、

時間依存電場２７Ｅ

_Ｒａｂｉ （ｔ）＝Ｅ

_０ ｃｏｓ（ω

ｔ）を供与する。 時間依存電場２７の大きさは、Ｅ

_０である。 アンモニア分子１５は、第１の固有状態｜０＞及び第２の固有状態｜１＞との間でラビ振動を受ける。 第２の固有状態｜１＞内にアンモニア分子１５を発見する確率Ｐは、以下の式（１０）で求められる。 【００７３】 【数１１】 【００７４】ここで、Ψ（ｔ）は、アンモニア分子１５

の時間依存状態、μは電気双極子モーメント、 【００７５】 【数１２】 【００７６】次に、最終状態｜Ψ

_ｆ ＞の測定を行う。 この測定では、局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）２５を供与できるように、制御ゲート６にゲートバイアスＶ

_ｇをかける。

第１の電位計４を使用して、第１のキュービット２の動的双極子モーメントを測定する。 【００７７】測定を行うと、最終状態｜Ψ

_ｆ ＞が｜０＞

又は｜１＞に投影され、動的双極子モーメントの有無にそれぞれ一致する、値０又は１が返される。 これらの値が返される確率は、それぞれ｜α｜

^２と｜β｜

^２である。 αとβの値を判定するには、同じ既定時間Ｔを用いて、プロセスをＮ回繰り返す。 このようにすることで、

｜０＞

^Ｓ又は｜１＞

^Ｓの混合統計データを取得でき、トランスフォーメーションの効果を判定できる。 ０を返す測定回数がｎ

_０で、１を返す測定回数がｎ

_１の場合には、初期固有状態｜０＞のトランスフォーメーションＵ

_ｔは、以下の式（１１）で表わされると予想される。 【００７８】 【数１３】 【００７９】ここで、ｅ

^ｉθは、相数項である。 【００８０】例えば、｜０＞が｜０＞と｜１＞の等しい重ね合わせに変換されるような、いわゆるハダマードトランスフォーメーション、Ｕ

_Ｈを、当業者が試行錯誤する中で行うのに必要な時間間隔Ｔを判定できる。 ハダマードトランスフォーメーションは、以下の式（１２）、

（１３）のような量子アルゴリズムで一般に使用されている、ユニタリトランスフォームである。 【００８１】 【数１４】 【００８２】 【数１５】 【００８３】あるいは、当業者は、確率Ｐを０．５として設定し、ｔをＴと置き換えて、以下の式（１４）が得られるように式を配列しなおしたなら、上記式（１０）

を用いて、パルス持続期間Ｔを推測することができる。 【００８４】 【数１６】 【００８５】例えば、ガンダイオードをマイクロ波発生源として使用すると、式（１４）によれば、ハダマードトランスフォーメーションを実施するのに必要なパルス期間Ｔは、約１ｎｓ〜１００ｎｓとなる。 第１のキュービット２及び第２のキュービット３の個別アドレッシング前に述べたように、キュービットの状態は、時間依存電場２７を使用して設定することができる。 これは、量子コンピュータ１を実装している基板の方向に向けて、直接又は波導管を通じて放射することによって、ガンダイオードからマイクロ波放射パルスとして供給される。 時間依存電場２７が第１のキュービット２と第２のキュービット３の両方に供与されるので、第１のキュービット２及び第２のキュービット３の両方が同じ状態で生成されることは明らかである。 このことは、量子コンピュータ１の動作を制限する。 理想を言えば、第１のキュービット２を第２のキュービット３とは別々に設定可能なように、第１のキュービット２及び第２のキュービット３

をそれぞれ個別にアドレッシングできることが望ましい。 【００８６】次に、キュービット２及び３に個別にアドレッシングする方法について説明する。 【００８７】図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照すると、

エネルギーギャップ２４は、静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８を供与することによって変化させることができる。 静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８を、第２のキュービット３ではなく、第１のキュービット２に供与すると、エネルギーギャップ２４が変化し、変形エネルギーギャップ２４'となる。 同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８を供与している間、変形エネルギーギャップ２４'に一致する周波数υ'で、グローバルな時間依存電場２７が供与される。 このような環境の下では、ラビ振動を受けるのは、第１のキュービット２だけである。 【００８８】図１０を参照すると、量子コンピュータ１

には、第１、第２及び第３の電圧源２９、３０、３１

と、電位計３及び４を制御ゲートモードに切り替えるための第１スイッチ３２及び第２スイッチ３３が備わっている。 【００８９】第１の電位計４の電極８及び９を第１の電圧源２９に接続すると、第１の電位計が、第１のキュービット２に静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８を供与するための制御ゲートとして動作するので、エネルギーギャップ２４が変形エネルギーギャップ２４'に変化する。

ガンダイオード（図示せず）は、変形エネルギーギャップ２４'に一致する時間依存電場２７を供与し、第１のキュービット２をラビ振動させる。 【００９０】第１のキュービット２だけをラビ振動させるには、エネルギーギャップ２４と変形エネルギーギャップ２４'が、少なくとも０．１％だけ異なっていることが好ましい。 これは、通常は、ガンダイオードのＱファクタが１０

^５であるという理由による。 図９（ｂ）によれば、静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８の値が０．３

４Ｖμｍ

^−１で、この変化が生じる。 時間依存電場２７

のパルス放射が終了すると、静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８も取り除かれる。 【００９１】別の方法を用いて、同じ結果を達成することもできる。 第２の電位計５の電極８及び９を、第２の電圧源３０に接続する。 このようにすると、第２の電位計５が、制御ゲートとして動作し、静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８が第２のキュービット３に供与される。

ただし、第１のキュービット２内でラビ振動を生じさせることができるように、ガンダイオード（図示せず）が不変エネルギーギャップ２４に一致する時間依存電場２

７を供与する。 ２キュービットのＣ−ＮＯＴゲート図１０に示されている量子コンピュータ１は、動作Ｕ

_ＣＮＯＴを実行する２キュービットの制御用ＮＯＴ（Ｃ

ＮＯＴ）ゲートとして使用することができる。 【００９２】第１のキュービット２を、ターゲットキュービットＴとして選択し、第２のキュービット３を制御キュービットＣとして使用する。 制御キュービットＣが固有状態｜１＞にあるときには、ターゲットキュービットＴの状態がフリップする。 それとは逆に、制御キュービットＣが固有状態｜０＞にあるときには、ターゲットキュービットＴの状態が不変のままとなる。 したがって、動作Ｕ

_ＣＮＯＴの効果は、以下の式（１５）〜式（１８）のように表わされる。 【００９３】 【数１７】 【００９４】 【数１８】 【００９５】 【数１９】 【００９６】 【数２０】 【００９７】制御キュービットＣの状態は、Ｕ

_ＣＮＯＴ

動作を実行するときには不変である。 【００９８】次に、ＣＮＯＴ変換を実行する方法について以下に説明する。 【００９９】まず初めに、第１のキュービット２及び第２のキュービット３を、｜Ψ＞

_Ｃ ＝｜Ψ＞

_Ｔ ＝｜０＞が成り立つように配列する。 この場合、量子コンピュータ１を静かな電磁環境に置き、これを２０ｍＫまで冷却する。 量子コンピュータ１がすでにこのような環境に置かれており、動作している場合には、量子コンピュータ１

を第１のキュービット２及び第２のキュービット３が基底状態になれるだけの、十分に長い時間放置しておく。 【０１００】次に、第１のキュービット２及び第２のキュービット３を初期状態、すなわちそれぞれ｜Ψ

_ｉ ＞

_Ｔ

及び｜Ψ

_ｉ ＞

_Ｃの状態にする。 【０１０１】第１の（ターゲット）キュービット２を準備するために第１のキュービット２に静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８を供与できるよう、第１の電圧源２９

が、第１の電位計４の電極８及び９にバイアスを供給する。 したがって、エネルギーギャップ２４が、変形エネルギーギャップ２４'に変化し、値がΔＥからΔＥ

_Ａになる。 ガンダイオード（図示せず）は、期間Ｔ

_Ａの間、

値ΔＥ

_Ａを有する変形エネルギーギャップ２４'に一致する周波数υ

_Ａで、時間依存電場２７を供与する。 次に、第１の電圧源２９が、供給されたバイアスを取り除く。 その次に、第１のキュービット２が、初期状態｜Ψ

_ｉ ＞

_Ｔになる。 【０１０２】第２の（制御）キュービット３を準備するために第２のキュービット３に静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）２８を供与できるよう、第２の電圧源３０

が、第２の電位計５の電極８及び９にバイアスを供給する。 したがって、エネルギーギャップ２４が変形エネルギーギャップ２４'に変化し、値がΔＥから値ΔＥ

_Ｂになる。 ガンダイオード（図示せず）は、期間Ｔ

_Ｂの間、

値ΔＥ

_Ｂを有する変形エネルギーギャップ２４'に一致する周波数υ

_Ｂで、時間依存電場２７を供与する。 第２

の電圧源３０が、供給されたバイアスを取り除く。 次に、第２のキュービット３が初期状態｜Ψ

_ｉ ＞

_Ｃになる。 【０１０３】Ｃ−ＮＯＴゲートを動作させるため、ガンダイオード（図示せず）が、期間Ｔ

_ＣＮＯＴの間、周波数υ

_ＣＮＯＴで、時間依存電場２７を供与する。 周波数υ

_Ｃ

_ＮＯＴの選択方法に関しては、後で詳しく説明する。 【０１０４】最後に、第１のキュービット２及び第２のキュービット３を測定する。 第１のキュービット２及び第２のキュービット３に、局在化電場（Ｅ

_ｌｏｃ ）２５

を供与できるよう、第３の電圧源３１が、制御ゲート６

にバイアスを供給する。 電位計４及び５が、第１のキュービット２及び第２のキュービット３の双極子モーメントを測定する。 【０１０５】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照すると、ＣＮＯＴの動作は以下のように理解することができる。 第１のキュービット２及び第２のキュービット３はそれぞれ、電気双極子モーメントμが相互作用できるよう十分に接近して構成されている。 したがって、第１の（ターゲット）キュービット２のエネルギーレベルが、

図１１（ｂ）に示されているように、分割エネルギー３

４によって、４状態、すなわち｜１＞

_Ｃ ｜０＞

_Ｔ 、｜０

＞

_Ｃ ｜０＞

_Ｔ 、｜０＞

_Ｃ ｜１＞

_Ｔ及び｜１＞

_Ｃ ｜１＞

_Ｔ

に分割される。 【０１０６】図１２を参照すると、エネルギー分割３４

の程度は、第１のキュービット２と第２のキュービット３がどれだけ分離しているかによって異なる。 【０１０７】周波数υ

_ＣＮＯＴで供与される時間依存電場２７は、｜１＞

_Ｃ ｜０＞

_Ｔと｜１＞

_Ｃ ｜１＞

_Ｔとの間のエネルギーギャップ３５に同調される。 期間Ｔ

_ＣＮＯＴは、ヒルベルト空間におけるπ回転に一致するトランスフォーメーションをもたらすように選択される。 これは、Ｐ＝１を設定することによって、式（１

０）を用いて計算することができる。 したがって、第２

の（制御）キュービット３を｜１＞に設定すると、第１

の（ターゲット）キュービット２が固有状態｜０＞にあるときには、｜１＞に変換されるが、その逆の場合も成り立つ。 【０１０８】ユニタリトランスフォームＵはいずれも、

Ｕ

_Ｈ及びＵ

_ＣＮＯＴ動作を任意のキュービット回転と共に用いることによって合成可能であることが理解されよう。 １つ又は複数のユニタリトランスフォームシーケンスを使用すると、量子アルゴリズムを構築できる。 このようなアルゴリズムのひとつが、グローバのサーチングアルゴリズムであり、ｉｂｉｄ、１６６−１７１ページの“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｑｕａｎｔｕｍ

Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔ

ｉｏｎ”に記載されている。 量子コンピュータ１の組立次に、量子コンピュータ１を組み立てる方法について以下に説明する。 【０１０９】簡単に説明すると、プロセスは、それぞれが個々のアンモニア分子１５を含むＣ

_６０分子１６の形成、電位計４及び５ならびに制御ゲート６の定義、基板１２上へのＣ

_６０分子１６の堆積及び、走査プローブ顕微鏡を用いたＣ

_６０分子１６の一位置への誘導により構成されている。 【０１１０】Ｃ

_６０分子１６のそれぞれに個々のアンモニア分子１５が含まれるように、Ｃ

_６０分子１６を形成する方法はいくつかある。 【０１１１】図１３を参照すると、第１の方法では、イオン化アンモニアガス３６が、Ｒｆ励起などを用いてチャンバ３７で生成される。 チャンバ３７からプレート３

９に４０ｋＶなどの高バイアスをかけることによって、

アンモニアイオンビーム３８が形成される。 ビーム３８

は、４０μＡの電流を有することができる。 ビーム３８

は、Ｃ

_６０分子を含むサンプル４０に向けられ、アンモニアイオンがＣ

_６０分子内に注入される。 次に、サンプル４０が、化学反応によって精製され、損傷を受けたＣ

_６０分子が取り除かれる。 【０１１２】第一のプロセスの変様として、Ｃ

_６０分子に窒素原子を注入し、窒素含有Ｃ

_６

_０分子を水素に曝す。 【０１１３】図１４を参照すると、第２の方法では、バックミンスターフルレン分子４１が、２個一組のグラファイト製電極４３及び４４を用いて、アンモニア雰囲気４２中に形成されている。 バックミンスターフルレン分子４１には、活性炭及びシリカゲルを用いた、高圧液クロマトグラフィなどによりフィルタをかけて取り除かれる、Ｃ

_６０分子が含まれている。 【０１１４】それぞれが個々のアンモニア分子１５を含んでいるＣ

_６０分子１６が、トルエンなどの溶剤中で溶解する。 【０１１５】図１５（ａ）を参照すると、供給ガスとしてシラン（ＳｉＨ

_４ ）、水素（Ｈ

_２ ）及びホスフィン（ＰＨ

_３ ）を用いて、７７０℃の温度条件および１００

０ｍＴｏｒｒの圧力条件下で、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶ

Ｄ）法により、ドーピング済みｎ型多結晶シリコン（ポリ−Ｓｉ）１３'層がその上に堆積されている、二酸化珪素基板１２'が提供されている。 固有多結晶シリコン１４'のキャッピング層は、シラン（ＳｉＨ

_４ ）及び水素（Ｈ

_２ ）を使用し、ＬＰＣＶＤ法により堆積されている。 【０１１６】ドーピング済み多結晶シリコン層１３'

が、リン（Ｐ）によって濃度ｎ＝１×１０

^２０ ｃｍ

^−３

までドーピング処理され、厚さが１０ｎｍとなる。 固有多結晶シリコン１４'の厚さは、２０ｎｍである。 【０１１７】二酸化珪素基板１２'及びオーバレイシリコン層１３'及び１４'は、光リソグラフィを用いてパターンニングされ、活性領域（図示せず）を定義するために反応イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてドライエッチングされている。 シリコンをエッチングするのにＣＦ

_４ ／Ｏ

_２の混合物が使用され、二酸化珪素基板１

２'をエッチングするのにＣＨＦ

_３が使用されている。

二酸化珪素基板１２'上にアルミニウムをスパタリングし、光リソグラフィを用いてパターンニングし、接触領域（図示せず）を定義するために、ＢＣｌ

_３ ／Ｃｌ

_２

ＲＩＥを用いてエッチングされている。 二酸化珪素基板１２'及びオーバレイシリコン層１３'及び１４'は、

電子ビームリソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いたドライエッチングによって、電位計４及び５ならびに制御ゲート６のチャネル７'及び８'を定義できるようにパターンニングされている。 対応する構造が、図１５（ｂ）に示されている。 【０１１８】絶縁領域７及びエッチング済み領域１１

は、電子ビームリソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いて定義されている。 対応する層の構造が、図１５（ｃ）に示されている。 【０１１９】図１５（ｄ）を参照すると、その中にアンモニア含有Ｃ

_６０分子が溶解している溶剤４５が、パターンニング済み基板１２及びシリコン層１３ならびに１

４に供給されている。 【０１２０】図１５（ｅ）を参照すると、溶剤４５が蒸発し、パターンニング済み基板１２及びシリコン層１３

ならびに１４上に、アンモニア含有Ｃ

_６０分子１６が残留している。 アンモニア含有Ｃ

_６０分子１６が、ファンデルワールス力によって基板に固着する。 ただし、固着促進剤も使用可能であるという点が理解されるであろう。 【０１２１】図１５（ｆ）を参照すると、走査プローブ顕微鏡４６が、パターンニング済み基板１２及びシリコン層１３ならびに１４の表面をイメージ処理するのに使用されている。 次に、パターンニング済み基板１２及びシリコン層１３ならびに１４上にアンモニア含有Ｃ

_６０

分子１６を誘導するのに、走査プローブ顕微鏡４６が使用されている。 Ｃ

_６０分子１６は、キュービットとして使用可能なように配置するか、又は、電位計４及び５から離れた、影響を与えない位置まで移動する。 通常は、

イメージ処理には＋４〜−４Ｖの間のバイアスが使用され、Ｃ

_６０分子１６の移動には０Ｖのバイアスが使用される。 対応する構造が、図１５（ｇ）及び図１にも示されている。 セルオートマトン４７ 図１６を参照すると、もう１つの量子コンピュータ４７

は、ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ Ａ第６１巻、０２

０３０１ページ（２０００年発行）のＳ． Ｃ． Ｂｅｎｊ

ａｍｉｎ著“Ｓｃｈｅｍｅｓ ｆｏｒ ｐａｒａｌｌｅ

ｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｏｃ

ａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｑｕｂｉｔｓ”に記載の概念を論拠としたセルオートマトンである。 【０１２２】セルオートマタ４７は、第１の検出器４９

と第２の検出器５０との間に取り付けられたセル連鎖４

８を有する。 検出器４９及び５０は、量子コンピュータ１に関連して前に述べた検出器と同じである。 【０１２３】図１７を参照すると、セル連鎖４８は、それぞれカーボンナノチューブ５３、それもできれば１枚壁のカーボンナノチューブ内に格納されている、以後Ａ

型セル５１と表現する第１の型のセル５１と以後Ｂ型セル５２と表現する第２の型のセル５２を有している。 【０１２４】Ａ型セル５１は、前に述べたキュービット２及び３と同じであるが、Ａ型セル５１を以後記述するときには、便宜的に新しい参照番号を用いる。 【０１２５】したがって、図１８（ａ）を参照すると、

Ａ型セル５１はそれぞれ、第１の固有状態セット｜０＞

_Ａと｜１＞

_Ａを示す第１の系５４と、該第１の系を移動可能なように既定位置に固定するための第１の手段５５

を有している。 第１の系５４は、Ｃ

_６０分子を有する第１の固定手段５５内に閉じ込められているアンモニア分子（ＮＨ

_３ ）を有している。 【０１２６】図１８（ｂ）を参照すると、Ｂ型セル５２

はそれぞれ、第２の固有状態セット｜０＞

_Ｂと｜１＞

_Ｂ

を示す第２の系５６と、該系を移動可能なように既定位置に固定するための第２の手段５７を有している。 第２

の系５６は、Ｃ

_６０分子を有する第２の固定手段５７内に閉じ込められている重水素アンモニア（ＮＤ

_３ ）分子を有している。 【０１２７】図１９（ａ）及び図１９（ｂ）を参照すると、第１の固有状態セット｜０＞

_Ａと｜１＞

_Ａが、第１

のエネルギーギャップ５８によって分割され、第２の固有状態セット｜０＞

_Ｂと｜１＞

_Ｂが、第２の異なるエネルギーギャップ５９によって分割されている。 後でさらに詳細に述べるように、第１のエネルギーギャップ５８

と第２のエネルギーギャップ５９との間の差を用いて、

Ｂ型セルとは別々にＡ型セル５１をアドレッシングすることができるが、その逆も成り立つ。 【０１２８】図２０を参照すると、電気双極子モーメント６０

_１を有する第１のＡ型セル５１

_１が、それぞれ双極子モーメント６１

_１ 、６１

_２を有する隣接第１のＢ型セル５２

_１と第２のＢ型セル５２

_２と相互作用するが、

その逆も成り立つ。 この例では、Ａ型セル双極子モーメント６０は、Ｂ型セル双極子モーメント６１と同じである。 【０１２９】Ａ型セル５１とＢ型セル５２はそれぞれ、

第１のエネルギーギャップ５８又は第２のエネルギーギャップ５９のどちらかに一致する周波数ν

_Ａ又はν

_Ｂを有する時間依存電場（Ｅ

_Ｒａｂｉ ）を供与することによって、前に述べたように、個別にアドレッシング可能である。 したがって、時間依存電場（Ｅ

_Ｒａｂｉ ）に適したパルス期間を使用すると、Ａ型セル５１とＢ型セル５

２を動作させることができる。 ただし、隣接第１のＢ型セル５２

_１と第２のＢ型セル５２

_２の双極子モーメント６１

_１及び６１

_２から誘起電場（Ｅ

_ｉｎｄ ）が生じるため、第１のエネルギーギャップ５８が変化する可能性がある。 【０１３０】したがって、周波数ν

_Ａを有する時間依存電場（Ｅ

_Ｒａｂｉ ）を供与すると、第１のＡ型セル５２

_１が変換されなくなると考えられる。 さらに、連鎖４８

のどちらかの端にあるセル５１とセル５２は、隣接セルが１つしかないので、個別にアドレッシング可能である。 これは、連鎖４８に情報を「ロード」したり、連鎖４８から情報を「アンロード」するのに使用される。 セルオートマトン４７の組立セルオートマトン４７は、量子コンピュータ１と同様の方法で組み立てられる。 【０１３１】簡単に説明すると、プロセスは、それぞれに個々のアンモニア分子５４又は重水素アンモニア分子５６を含む、Ｃ

_６０分子５５及び５７の形成、カーボンナノチューブ５３内におけるＣ

_６０分子５５及び５７の会合によりなる。 このプロセスでは、その後に続いて、

電位計４９及び５０の定義、カーボンナノチューブ５３

の基板１２上への堆積及び、走査プローブ顕微鏡を用いた一位置へのカーボンナノチューブ５３の誘導などが行われる。 【０１３２】Ｃ

_６０分子５５及び５７は、例えば、キャピラリフィリング法、気相プロセス又は拡散法などによって、カーボンナノチューブ５３内に会合する。 フルレンをカーボンナノチューブ内に挿入する方法を表す例が、Ｓｃｉｅｎｃｅ第２８９巻、１３２４ページ（２０

００年発行）のＲ． Ｒ． Ｍｅｙｅｒら共著の“Ｄｉｓｃ

ｒｅｔｅ ａｔｏｍ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｏｎｅ−

ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｒｙｓｔａｌｓ ｆｏｒｍｅ

ｄ ｗｉｔｈｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ ｃａ

ｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ”、Ｎａｔｕｒｅ第３９

６巻、３２３ページ（１９９８年発行）のＢ． Ｗ． Ｓｍ

ｉｔｈら共著の“Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃ

_６０

ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ”、Ｃａｒｂ

ｏｎ ３８、１７５１ページ（２０００年発行）のＤ．

Ｅ． Ｌｕｚｚｉ及びＢ． Ｗ． Ｓｍｉｔｈ共著の“Ｃａｒ

ｂｏｎ ｃａｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ＳＷ

ＮＴ： Ａ ｎｅｗ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉ

ａｌｓ”ならびに本論に引用されている文献に取り上げられている。 【０１３３】異なるエネルギーギャップをもつ、異なる種類のセルを生成する他の方法が存在することも理解されるであろう。例えば、各セルは、前に述べた静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）に類似した静的同調電場（Ｅ

_ｔｕｎｅ ）を供与するための専用のゲートを保有することができる。 【０１３４】さらに、Ｃ

_６０分子５５及び５７の分極化は、アンモニア分子５４及び５７が曝される電場を変えられるように、変化させることができる。 これは、Ｃ

_６０分子５５及び５７に対して外面から化学基を添加することによって達成される。 あるいは、１つの型のセルをＣ

_７０分子などの差分バックミンスターフルレン分子を有する固定手段内部に閉じ込めることができる。 【０１３５】上記の実施例に多くの変更を加えることが可能であるという点が理解されるであろう。 【０１３６】例えば、シアンアミド（ＮＨ

_２ ＣＮ）などのアンモニア分子１５や２つのエネルギー分割固有状態を生じる２つの非局在状態を有する他の錐形分子に対する代用分子として、他の系を使用することができる。 【０１３７】一般的には、２つの固有状態を示し、電気的、光学的又は磁気的に他の系と相互作用することができる系を使用することができる。 【０１３８】この系は、さらに大きな分子の一部を形成する化学基とすることができる。 【０１３９】例えば、Ｃ

_７０ 、Ｃ

_７６又はＣ

_８４をはじめとするフルレンなど、別の固定手段を使用することもできる。 化学基は、フルレンに固着できる。 【０１４０】さらに一般的には、別な方法で移動可能な２状態の系を特定の位置に係留させたり、あるいは固着させることができる固定手段も使用できる。 【０１４１】電位計及びゲートはそれぞれ異なる配列を有することができる。 特に、電位計は、ワイヤ又は複数のアイランドとして配列し、他の半導体や金属などの異なる材質に形成することができる。 例えば、シリコンを砒素など他のｎ型不純物でドーピングしたりあるいは硼素などのｐ型不純物でドーピングすることができる。 他のドーピング濃度も使用することができる。 ドーピング済み半導体層の厚さは、可変である。 【０１４２】電位計及びゲートは、他の半導体、金属又は有機構造物などといった他の物質から形成可能である。 例えば、電位計及びゲートは、真性ＧａＡｓの半絶縁基板上に形成されたガリウム砒素（ＧａＡｓ）やアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）などの他のドーピング済み半導体を有することができる。 あるいは、電位計及びゲートは、アルミニウムなどの金属を含むこともできる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による量子コンピュータの平面図である。 【図２】図１に示されている量子コンピュータの断面図である。 【図３】ＮＨ _３の分子とＣ _６０の分子を表す図である。 【図４】図４（ａ）と図４（ｂ）は、ＮＨ _３分子の２状態を表す図である。 【図５】ＮＨ _３分子における窒素原子の置換に対する位置エネルギーのプロット図である。 【図６】図６（ａ）は、状態が局在状態である場合の、
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されている２状態のエネルギーの概念図であり、図６（ｂ）は、状態が非局在状態である場合の、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されている２状態のエネルギーの概念図である。 【図７】図７（ａ）は、局在化を生じさせる大きな電場が供与されたＮＨ _３分子を表す図であり、図７（ｂ）
は、局在化を生じさせる大きな電場が供与されたＮＨ _３
分子内の窒素原子の置換に対する位置エネルギーのプロット図である。 【図８】ラビ振動を与える時間依存電場が供与されたＮ
Ｈ _３分子を表す図である。 【図９】図９（ａ）は、ＮＨ _３分子の固有状態｜０＞と｜１＞間におけるエネルギーギャップを変化させる電場が供与されたＮＨ _３分子を表す図であり、図９（ｂ）
は、供与された電場における、ＮＨ _３分子の固有状態｜
０＞と｜１＞間におけるエネルギーギャップのプロット図である。 【図１０】量子コンピュータを動作させるための回路と、図１に示されている量子コンピュータの概念図である。 【図１１】図１１（ａ）は、相互に分離された場合の、
図１に示されている量子コンピュータの第１のキュービットと第２のキュービットの固有状態｜０＞と｜１＞のエネルギー概念図であり、図１１（ｂ）は、図１に示されている量子コンピュータの第１のキュービットと第２
のキュービットを相互作用させる固有状態｜０＞と｜１
＞のエネルギー概念図である。 【図１２】２つのキュービット間の距離の関数としての、固有状態のエネルギーレベル分割のプロット図である。 【図１３】その中に閉じ込められたＮＨ _３分子をそれぞれ有している、Ｃ _６０の分子を生成するための第１の装置を表す図である。 【図１４】その中に閉じ込められたＮＨ _３分子をそれぞれ有している、Ｃ _６０の分子を生成するための第２の装置を表す図である。 【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｇ）は、図１に示されている量子コンピュータを製造するための方法を表す図である。 【図１６】本発明によるもう１つの量子コンピュータの平面図である。 【図１７】交互配列型セル連鎖の拡大図である。 【図１８】図１８（ａ）は、第１の型式のセルを表す図であり、図１８（ｂ）は、第２の型式のセルを表す図である。 【図１９】図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、セルの第１の型式と第２の型式の固有状態間におけるエネルギーギャップを表す図である。 【図２０】第１の型式のセルと第２の型式の隣接セルの電気双極子モーメントを表す図である。 【符号の説明】 １：量子コンピュータ、２：第１のキュービット、３：
第２のキュービット、４：第１の検出器、５：第２の検出器、６：制御ゲート、７：絶縁領域、８，９：電極、
１０，１１：エッチング領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド・ウィリアム イギリス国 ケンブリッジ、ベイトマン ミューズ 15