KR20060025999A - Fabrication method of qubit using dna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디엔에이(DNA)로 구성되는 큐비트(qubit)의 제조 방법에 관한 것으로서, 종래의 양자 컴퓨터를 구성하는 큐비트를 제조하기 위한 기술적 방법으로는 원자핵의 스핀, 초전도체 미세 구조, 전자의 스핀, 원자의 여기 상태, 광자의 편광 상태, 양자점 내부의 전자 상태 또는 탄소 나노 튜브와 같은 나노 세선을 이용하고 있으나 큐비트 제조 물질의 크기와 모양, 성분을 정확하게 조절하기 어려운 단점이 있다. 본 발명의 목적은 길이의 조절이 수 나노 미터의 크기로 가능하며 폭이 2나노미터로 일정한 디엔에이의 특징을 활용하여 기존의 큐비트 제조 물질이 가지고 있는 단점을 극복하고 신뢰성 있는 동작 특성이 있는 큐비트의 제조 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명은 길이가 0.34나노미터인 염기의 길이 방향 배열로 이루어진 디엔에이와, 디엔에이에 전자를 공급하고 배출하는 소스와 드레인으로 이루어진 금속 전극과, 디엔에이의 정해진 부분에 전자를 가두고 제어하기 위한 배리어 게이트와 위상 제어 게이트로 이루어진 금속 전극과, 가두어진 전자를 검출할 수 있는 양자 검출기의 기능을 가지는 단일 전자 트랜지스터와, 디엔에이의 양단에 화학적으로 결합하여 있는 티올기(-SH)와, 반도체 기판을 포함하는 구성이 제시된다. 본 발명에 의하여 제작되는 큐비트는 양자 효과를 이용하는 양자컴퓨터의 핵심 소자로 사용되며 디엔에이의 정확한 길이 제어와 일정한 폭에 의하여 큐비트의 동작 특성이 개선되어 뛰어난 성능의 양자 컴퓨터를 제작할 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing qubits composed of DNA, and the technical method for manufacturing qubits constituting a conventional quantum computer includes spin of an atomic nucleus, superconductor microstructure, and spin of electrons. Nano-wires such as the excited state of atoms, the polarization state of photons, the electronic state inside quantum dots, or carbon nanotubes are used, but it is difficult to precisely control the size, shape, and composition of the qubit manufacturing material. An object of the present invention is to control the length of the nanometer to a few nanometers in width and 2 nanometers in width by utilizing the characteristics of the constant DNA, a cue with reliable operation characteristics overcoming the disadvantages of conventional qubit manufacturing materials The present invention provides a method for manufacturing a bit. The present invention provides a DNA comprising a long array of bases having a length of 0.34 nanometers, a metal electrode comprising a source and a drain supplying and discharging electrons to the DNA, and a barrier gate for confining and controlling electrons in a predetermined portion of the DNA. And a metal electrode comprising a phase control gate, a single electron transistor having a function of a quantum detector capable of detecting trapped electrons, a thiol group (-SH) chemically bonded to both ends of the DNA, and a semiconductor substrate. The configuration is shown. The qubit manufactured by the present invention is used as a core element of a quantum computer using quantum effects, and the operation characteristics of the qubits are improved by accurate length control and constant width of the DNA, thereby producing an excellent quantum computer. .
디엔에이, 큐비트, 양자 컴퓨터, 양자 검출기, 티올기 DNA, qubit, quantum computer, quantum detector, thiol group
Description
도 1은 발명에 사용되는 티올기가 결합한 디엔에이의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a diene bonded to a thiol group used in the invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소스와 드레인 금속 전극 사이에 연결되어 있는 디엔에이의 구성도를 나타낸다.2 is a block diagram of a die connected between a source and a drain metal electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 디엔에이와 게이트 금속 전극, 위상 제어 게이트 금속 전극을 포함하는 소자의 구성도를 나타낸다.3 is a block diagram of a device including a die, a gate metal electrode, and a phase control gate metal electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 디엔에이와 게이트 금속 전극, 위상 제어 게이트 금속 전극을 포함하는 소자의 단면도를 나타낸다.4 is a cross-sectional view of a device including a die, a gate metal electrode, and a phase control gate metal electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디엔에이와 게이트 금속 전극, 위상 제어 게이트 금속 전극, 양자 검출기를 포함하는 소자의 단면도를 나타낸다.5 is a cross-sectional view of a device including a DNA, a gate metal electrode, a phase control gate metal electrode, and a quantum detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 디엔에이와 게이트 금속 전극, 위상 제어 게이트 금속 전극, 양자 검출기를 포함하는 소자의 회로 구성도를 나타낸다.6 is a circuit diagram illustrating a device including a die, a gate metal electrode, a phase control gate metal electrode, and a quantum detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
10: 디엔에이10: DNA
20: 티올기20: thiol group
30: 소스 금속 전극 31: 드레인 금속 전극30: source metal electrode 31: drain metal electrode
32: 배리어 게이트 1 금속 전극 33: 위상 제어 게이트 1 금속 전극32: barrier gate 1 metal electrode 33: phase control gate 1 metal electrode
34: 배리어 게이트 2 금속 전극 35: 위상 제어 게이트 2 금속 전극34: barrier gate 2 metal electrode 35: phase control gate 2 metal electrode
36: 양자 원통 1 37: 양자 원통 236: quantum cylinder 1 37: quantum cylinder 2
40: 양자점 140: quantum dot 1
41: 양자점 1 소스 금속 전극 42: 양자점 1 드레인 금속 전극41: quantum dot 1 source metal electrode 42: quantum dot 1 drain metal electrode
43: 양자점 243: QD 2
44: 양자점 2 소스 금속 전극 45: 양자점 2 드레인 금속 전극44: quantum dot 2 source metal electrode 45: quantum dot 2 drain metal electrode
50: 반도체 기판 51: 부도체 박막50: semiconductor substrate 51: insulator thin film
본 발명은 양자컴퓨터용 전자 소자 제조 분야에 관한 것이다. 특별하게는, 본 발명은 길이가 수십 나노미터이고 지름이 수 나노미터인 전기 배선을 포함하는 전자 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같이 작은 크기를 가지는 전기 배선 내부에 있는 전자의 양자 상태를 이용하는 양자 전자 소자를 완성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of electronic device manufacturing for quantum computers. In particular, the present invention relates to electronic devices comprising electrical wiring of several tens of nanometers in length and several nanometers in diameter. In addition, the present invention relates to a method for completing a quantum electronic device using a quantum state of electrons in an electrical wiring having such a small size.
전자 소자의 정보 처리 능력을 높이기 위해서 사용되는 고전적인 방법으로는 소자의 집적도 또는 동작속도를 증대하는 방법이 사용되고 있으나 사진 인쇄 기술과 성능 개선 기술의 난이도가 증대함에 따라서 기술적 한계에 접근하고 있으며, 이러한 한계를 극복하기 위한 방법으로서 물질의 양자 상태를 이용하는 전자 소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 일례로서, 특정한 공간에 구속되어 있는 전자에 대하여, 고전적인 방법으로는 전자의 있고 없음에 따른 두 가지 만의 정보가 제공되지만 양자 상태를 이용한 방법으로는 전자가 있을 확률을 정보화함으로써 무수히 많은 정보를 제공할 수 있다.As a classical method used to increase the information processing capability of electronic devices, a method of increasing the integration density or operation speed of the device is used, but as the difficulty of photo printing technology and performance improvement technology increases, the technical limitations are approached. Research into electronic devices using quantum states of materials as a method for overcoming limitations is underway. As an example, for electrons confined in a specific space, only two kinds of information are provided in the classical way, with and without electrons, but in a quantum state method, a myriad of information is provided by informing the probability of the electron. can do.
상기 양자 상태를 이용하는 소자의 기본 단위인 큐비트(qubit)를 제작하기 위한 기술로는 대표적으로 원자핵의 스핀, 초전도체 미세 구조, 전자의 스핀, 원자의 여기 상태, 광자의 편광 상태, 양자점 내부 전자의 여기 상태 또는 탄소 나노 튜브와 같은 나노 세선이 이용하고 있으며, 각각 「M. A. Nielsen, I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge, United Kingdom, Cambridge University Press, 2000」및 「Giuliano Benenti, Giulio Casati, Giuliano Strini, Principles of Quantum Computation and Information: Basic Concepts Vol 1, Singapore, World Scientific Publishing, 2004」의 문헌에 보다 상세하게 논의되어 있으며, 이들 문헌은 모두 본원에 참조로 인용된다.As a technique for manufacturing a qubit, which is a basic unit of a device using the quantum state, a spin of an atomic nucleus, a superconductor microstructure, an electron spin, an excited state of an atom, a polarization state of a photon, an electron inside a quantum dot Nano-fine wires such as excited states or carbon nanotubes are used, respectively, `` M. A. Nielsen, IL Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge, United Kingdom, Cambridge University Press, 2000 '' and `` Giuliano Benenti, Giulio Casati, Giuliano Strini, Principles of Quantum Computation and Information: Basic Concepts Vol 1, Singapore, World Scientific Publishing, 2004, all of which are incorporated herein by reference.
지금까지 개발되어 있는 기술로는 양자 상태를 만들고 제어하기 위한 소자의 구조가 복잡하거나, 크기가 수십 나노미터 단위로 매우 작아서 제작이 용이하지 않으므로 정확한 동작특성을 얻기가 쉽지 않다. 본 발명의 형태는 수십 나노미터의 크기를 가지는 디엔에이(DNA)와 같은 유기 구조물 및 이것에 결합한 무기 구조물을 포함하며, 이들로부터 양자 상태를 추출하고, 이를 형성하는 방법을 제공한다.With the technology developed so far, it is difficult to obtain accurate operating characteristics because the structure of the device for creating and controlling the quantum state is complicated, or the size is very small in the order of tens of nanometers. Forms of the invention include organic structures, such as DNA (DNA) having a size of several tens of nanometers and inorganic structures bonded thereto, and provide a method of extracting and forming quantum states therefrom.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 0.34나노미터를 기본 단위로 하는 원하는 길이로 조절할 수 있는 디엔에이를 합성하고, 디엔에이의 양끝에 황(sulfur)과 수소로 구성되어 있는 티올기(-SH)가 화학적으로 결합할 수 있도록 화학적 처리를 한 뒤에, 합성된 디엔에이에 배리어 게이트와 위상 제어 게이트를 연결하여 전자의 양자 상태를 형성하고, 또한 이를 검출하기 위한 양자점으로 구성된 양자 검출기를 형성하여 큐비트를 구성함으로써 기존의 큐비트에 비하여 신뢰성 있는 양자 소자의 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, synthesizes a die that can be adjusted to the desired length of 0.34 nanometers as a basic unit, a thiol group consisting of sulfur (sulfur) and hydrogen at both ends of the die After chemical treatment to allow (-SH) to chemically bond, a barrier gate and a phase control gate are connected to the synthesized DNA to form a quantum state of electrons, and a quantum detector composed of quantum dots for detecting the same is formed. The purpose of the present invention is to provide a method of forming a quantum device that is more reliable than conventional qubits by configuring qubits.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디엔에이(DNA)를 이용한 규비트(qubit)의 제조는, 0.34나노미터를 기본 단위로 하여 길이를 임의로 조절할 수 있는 디엔에이(10); 금속 전극에 디엔에이를 결합시키기 위하여 디엔에이의 양단에 화학적으로 결합하여 있는 티올기(20); 소스 금속 전극(30); 드레인 금속 전극(31); 배리어 게이트 1 금속 전극(32); 위상 제어 게이트 1 금속 전극(33); 배리어 게이트 2 금속 전극(34); 위상 제어 게이트 2 금속 전극(35); 양자 원통 1(36); 양자 원통 2(37); 양자점 1(40); 양자점 1 소스 금속 전극(41); 양자점 1 드레인 금속 전극(42); 양자점 2(43); 양자점 2 소스 금속 전극(44); 양자점 2 드레인 금속 전극(45);을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the manufacture of a qubit using a DNA according to the present invention (DNA) includes: a DNA capable of arbitrarily adjusting a length based on 0.34 nanometers; A
본 발명에 있어서, 반도체 기판(50) 위에 형성되어 있는 상기 디엔에이(10), 소스 금속 전극(30), 드레인 금속 전극(31), 양자점, 게이트 금속 전극과 여타의 금속 전극들이 반도체 기판(50)을 통하여 서로 전기적으로 연결되어 전도가 이루어지는 것을 방지하기 위해서는 반도체 기판(50) 위에 실리콘 산화물 또는 이와 유사한 전기적 절연물질로 구성되는 부도체 박막(51)을 먼저 형성한 뒤에 그 위에 디엔에이, 양자점, 전극을 형성하거나 또는 부도체로 구성되어 있는 기판 위에 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the
상기에 표시되어 있는 큐비트를 제조하기 위하여, 본 발명은 생물학적 분자들이 화학적 곁합력에 의하여 스스로 조립하는 자기조립화 성질을 이용할 수 있으며 구체적으로 데옥시리보핵산(DNA) 및 리보핵산(RNA)등과 같이 자기조립화 성질을 포함하는 물질들의 특징을 이용할 수 있다.In order to manufacture the qubits indicated above, the present invention can utilize the self-assembly of the biological molecules self-assembly by chemical side force, specifically deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) and the like Likewise, features of materials including self-assembling properties can be used.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디엔에이(10)를 이용한 큐비트의 제조 방법은, 0.34나노미터를 기본 단위로 하여 일정한 길이의 디엔에이(10)를 구성하고 디엔에이의 양끝에 티올기(20)를 결합하는 제 1단계; 상기 티올기(20)가 결합하여 있는 디엔에이(10)가 일정한 간격의 소스 금속 전극(30)과 드레인 금속 전극(31) 사이에 자발적으로 결합하여 전도 채널이 형성하는 제 2단계; 디엔에이(10)의 정해진 위치에 배리어 게이트와 위상 제어 게이트를 형성하여 양자 원통(quantum tube)을 제작하는 제 3단계; 디엔에이(10)의 길이방향에 대하여 수직으로 미세한 길이가 떨어진 위치에 양자점(quantum dot)을 형성하고 이의 양 옆에 소스와 드레인을 형성하여 양자 검출기를 형성하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the qubit manufacturing method using the die 10 according to the present invention in order to achieve the above object, constitutes a die length (10) of a constant length on the basis of 0.34 nanometers and thiol at both ends of the die Combining the
본 발명에 있어서 상기 1단계에서 길이가 0.34나노미터인 디엔에이(10)의 염기의 개수를 결정함으로써 디엔에이(10)의 길이를 0.34나노미터의 단위로 정확하게 제어하거나, 디엔에이(10)의 양끝에 티올기(20)를 결합하기 위한 방법으로는 화학적 합성으로 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, by determining the number of bases of the
이하, 첨부된 도면 1 내지 도면 5를 참조하면서 본 발명에 따른 디엔에이를 이용한 큐비트 제조 방법을 공정 단계별로 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a qubit using a die according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings 1 to 5.
먼저, 염기의 개수를 결정함으로써 정해진 길이의 디엔에이(10)를 합성한 뒤 에 이의 양끝에 티올기(20)를 결합시키기 위하여 디엔에이(10)를 용액 속에 분산시킨다. 상기한 용액 속에 티올기(20)를 첨가하게 되면 티올기(20)가 디엔에이(10)의 양끝에 화학적으로 결합하게 된다. 디엔에이(10)는 게이트 전극과 양자 검출기의 크기와 전자 구속 효과를 고려하여 작게는 수백 나노미터 이내가 될 수 있으며 크게는 1 마이크로 미터 내외의 길이를 가질 수 있다.First, by determining the number of bases to synthesize a die (10) of a predetermined length and then to disperse the die (10) in a solution in order to bind the
도면 1은 소스와 드레인 전극 사이에서 연장될 수 있는 디엔에이(10)의 모양을 표시한다. 금(gold) 전극과의 화학적 결합을 위한 티올기(20)는 디엔에이(10)의 양단에 결합한다.1 shows the shape of a
디엔에이(10)를 소스와 드레인 사이에 연결하는 다른 한 가지의 방법으로는 람다(lambda) 디엔에이와 같이 자연적으로 추출할 수 있는 디엔에이를 티올기 없이 부도체 박막 위에 길게 위치시키며 람다 디엔에이의 일정한 두 지점에 소스와 드레인 금속 전극을 연결하여 전도 채널을 형성한다.Another way to connect the
다음에, 도면 2에 도시한 바와 같이 반도체 기판(50) 위에 형성된 부도체 박막(51) 위에 소스(30)와 드레인 금속 전극(31)을 형성하게 되는데, 전극의 형성방법으로는 진공 증착이나 전기 도금 또는 이와 유사한 박막 증착 방법이 사용될 수 있으며, 금속 전극의 재료로는 금(gold), 알루미늄, 구리 또는 이와 유사한 전기전도가 용이한 다양한 전자 재료의 사용이 가능하다. 디엔에이(10)의 양단에 형성되 어 있는 티올기(20)는 금(gold)과 강한 화학적 결합을 형성하므로 이것이 금속 전극에 결합하기 위해서는 금속 전극이 금(gold)으로 구성되는 것이 바람직하다. 티올기(20)가 연결된 디엔에이(10)가 포함되어 있는 용액을 금(gold)으로 구성된 소스(30)와 드레인 금속 전극(31)이 형성되어 있는 부도체 기판(51) 위에 접촉시키면 용액 속에 포함되어 있던 디엔에이(10) 가운데 하나가 소스 금속 전극(30)과 드레인 금속 전극(31)의 사이에 자발적으로 연결되어 전기적 전도 채널을 형성하게 된다.Next, as shown in FIG. 2, the
디엔에이 용액을 금속 전극에 접촉하는 단계에서 필요 이상의 디엔에이(10)가 결합하는 것을 방지하기 위하여 디엔에이 용액의 농도와 접촉 시간을 정밀하게 제어할 수 있다.The concentration and contact time of the die solution may be precisely controlled to prevent the die 10 from binding more than necessary in the step of contacting the die solution to the metal electrode.
소스와 드레인 사이에 디엔에이(10)가 연결되게 되면 디엔에이(10)가 전도 채널이 되어 전자를 이동시킬 수가 있다. 디엔에이(10)를 통하여 전류가 흐르는 과정에 대한 설명은 문헌[참조: Fink et al., Electron conduction through DNA molecules, Nature, Vol. 398, pp. 407-410, April 1, 1999]에 개시되어 있고, 본원에 참조로 인용되어 있다.When the
다음에 도면 3에 도시한 바와 같이 2쌍의 배리어 게이트 금속 전극(32), (34)과 위상 제어 게이트 금속 전극(33), (35)을 형성하게 되며 형성 방법으로는 소스와 드레인 금속 전극의 형성 방법과 동일한 방법이 사용될 수 있으나 금속의 종류는 전계(Electric Field)를 가할 수 있는 모든 종류를 사용하는 것이 가능하다.Next, as shown in FIG. 3, two pairs of barrier
배리어 게이트 금속 전극(32), (34)는 일정 거리가 떨어져 있는 두 개의 막대 형태의 박막으로 구성되며, 디엔에이(10)의 주축과 수직이게 배치되어 있고, 디엔에이(10)에서 미세한 간격으로 떨어져 있는 형태로 구성된다.The barrier
두 개의 배리어 게이크 금속 전극(32), (34)에 전위차를 가하면 디엔에이(10) 나노 세선에서 배리어 게이트 금속 전극과 가장 가까운 부분에 전계가 형성되어 두 개의 전기적 배리어가 만들어 지게 되며, 궁극적으로 두 개의 배리어 게이트와 디엔에이(10)의 외벽으로 둘러싸인 3차원 양자 원통(quantum tube)(36), (37)이 만들어 지게 되고 이것의 내부에 전자를 가두어 둘 수가 있다.When a potential difference is applied to the two barrier
두 개의 배리어 게이트 금속 전극(32), (34)에 가하여 지는 전위차는 동일하거나 일정한 차이가 있을 수 있다. The potential difference applied to the two barrier
만들어진 3차원 양자 원통(36), (37)의 길이는 두 개의 배리어 게이트 금속 전극(32), (34) 사이의 거리가 될 수 있으며, 단면은 디엔에이(10)의 단면과 동일하게 된다. 전자선 묘사 기술과 같은 나노 공정을 이용하면 양자 원통의 길이는 100나노미터 이내가 가능하며, 하나의 이중 나선 구조의 디엔에이가 연결되어 있는 경우에 단면의 지름은 2나노미터가 되므로 전자의 양자 상태가 소멸하지 않고 유지될 수 있는 충분하게 작은 공간을 형성할 수 있다.The length of the three-dimensional
위상 제어 게이트 금속 전극(33), (35)은 두 개의 배리어 게이트 금속 전극(32), (34)의 사이에 위치하게 되며, 디엔에이(10)와는 연결되어 있지 않고 디엔에이와 수 나노미터 또는 크게는 수십 나노미터의 미세한 거리가 떨어져 있으며, 이 전극의 전위를 조절하여 양자 원통에 전계를 가하게 되면 배리어 게이트 사이에 형성된 양자 원통의 내부에 전자를 끌어 오거나, 밀어 내거나, 위상을 변화시키거나 함으로서 전자의 상태를 제어하게 된다.The phase control
두 개의 배리어 게이트 금속 전극(32), (34)과 한 개의 위상 제어 게이트 금속 전극(33), (35)이 하나의 양자 원통을 형성하고 이것의 내부에 전자 상태를 제어할 수 있도록 구성된다.Two barrier
본 발명에 있어서 하나의 디엔에이의 소스와 드레인 양단 사이에는 동일한 양자 원통 두 개가 구성된다.In the present invention, two identical quantum cylinders are formed between the source and the drain of one die.
양자 원통 1(36)은 두 개의 배리어 게이트 1 금속 전극(32)과 하나의 위상 제어 게이트 1 금속 전극(33)으로 구성되며, 양자 원통 2(37)는 두 개의 배리어 게이트 2 금속 전극(34)과 하나의 위상 제어 게이트 2 금속 전극(35)으로 구성된다.Quantum cylinder 1 36 consists of two barrier gate 1
두 개의 양자 원통 구조에 전자를 공급하고 방출하는 기능은 디엔에이(10)의 양단에 연결되어 있는 소스(30)와 드레인 금속 전극(31)을 통하여 이루어진다.The function of supplying and emitting electrons to the two quantum cylindrical structures is achieved through the
두 개의 양자 원통 1과 2에 있는 전자는 각각 위상 제어 게이트 1 금속 전극(33)과 위상 제어 게이트 2 금속 전극(35)의 제어를 받게 되며, 위상 제어 게이트의 전위차를 변화시킴에 따라서 하나의 전자가 양자 원통 1과 2를 이동할 수 있을 뿐 아니라 두 개의 양자 원통 1과 2에 동시에 존재할 수 있게 된다.The electrons in the two quantum cylinders 1 and 2 are controlled by the phase control gate 1
하나의 전자가 두 개의 양자 원통에 동시에 존재하게 되는 경우에 둘 사이의 관계는 양자 법칙에 의해서 설명할 수 있으며, 이것이 큐비트의 가장 주된 원칙인 중첩의 원리이다. 일례로 원통 1과 2에 있을 확률이 각각 0.1과 0.9, 0.2와 0.8, 0.3과 0.7이라면 이것은 세 종류의 서로 다른 정보 상태를 나타내게 된다. 따라서 하나의 전자를 이용하여 무수히 많은 정보 상태를 표시할 수 있다.In the case where an electron is simultaneously present in two quantum cylinders, the relationship between the two can be explained by the quantum law, which is the principle of superposition, the chief principle of qubits. For example, if the probabilities for cylinders 1 and 2 are 0.1 and 0.9, 0.2 and 0.8, 0.3 and 0.7, respectively, this represents three different information states. Thus, a single electron can be used to display a myriad of information states.
중첩 상태에서 각각의 양자 원통에 존재하는 전자의 위상을 제어하는 것은 위상 제어 게이트로 가하여지는 전계로 이루어진다. 이 과정은 기존에 물리적으로 증명되어 있는 전자의 양자 상태를 활용하는 것이므로 이론적으로 모순 없이 설명 된다.Controlling the phase of the electrons present in each quantum cylinder in the superposed state consists of an electric field applied to the phase control gate. This process is theoretically contradictory because it uses the physically proven quantum states of electrons.
본 발명은 일반적인 정보 소자가 구성하고 있는 on 또는 off 형태로 정보를 제공하는 한계를 넘어서서 하나의 정보 소자를 이용하여 무한히 많은 정보 상태를 나타냄으로써 정보 처리 범위와 속도를 개선하는 것을 포함한다.The present invention includes improving information processing range and speed by representing infinitely many information states using one information element beyond the limitation of providing information in an on or off form constituted by a general information element.
도면 4에 도시되어 있는 것은 도면 3에 도시한 디엔에이(10)와 소스(30)와 드레인 금속 전극(31)과 2쌍의 배리어 게이트 금속 전극(32), (34)과 위상 제어 게이트 금속 전극(33), (35)이 형성되어 있는 소자의 측면도를 나타낸 것이다.4, the
반도체 기판(50)을 사용하는 경우에는 소스, 드레인, 게이트와 디엔에이 사이에서 반도체 기판을 통하여 전하가 이동할 수 있으므로 반도체 기판(50) 위에 부도체 박막(51)을 형성하는 것이 바람직하다.In the case of using the
부도체 박막(51)으로는 실리콘 산화막 또는 여러 종류의 절연 박막이 사용될 수 있으며 형성 방법으로는 박막 증착, 고온 열처리 또는 이와 유사한 방법이 있다.As the non-conductive
디엔에이(10)의 내부에 형성된 양자 상태를 검출하기 위하여 도면 5에 도시한 바와 같이 두 개의 양자 원통 가까이에 독립적인 양자 검출기를 첨부한다.In order to detect the quantum state formed inside the
디엔에이(10)를 사이에 두고 게이트 전극과 반대편에 디엔에이(10)의 양자 원통 부근에서 수 나노미터 또는 크게는 수십 나노미터의 미세한 거리만큼 떨어진 위치에 양자점(40), (43)을 형성한다. 양자점은 내부에 있는 전자의 숫자를 제어할 수 있을 정도로 작은 크기이며, 약 20나노미터 내외의 것이 사용될 수 있으며 다양한 모양이 가능하다. 제작 방법으로는 자발적 형성, 전자빔 묘사 공정, 화학적 응집 또는 이와 유사한 방법을 포함하는 다양한 방법을 가질 수 있다.
양자점(40), (43)은 두 개의 양자 원통의 양자 상태를 검출하는 양자 검출기의 역할을 하며, 따라서 각각의 양자 원통에 하나씩 구성되는 것이 바람직하다.The
양자점을 통한 양자 상태의 검출을 위하여 양자점의 주위에 양자점 소스 금속 전극(41), (44)과 양자점 드레인 금속 전극(42), (45)을 형성한다. 형성 방법으로는 소스와 드레인 금속 전극의 형성 방법과 동일한 방법이 사용될 수 있으나 금속의 종류는 전자를 이동할 수 있는 어느 것도 가능하다.Quantum dot
양자점과 양자점 소스, 드레인 금속 전극으로 구성된 양자 검출기는 단일 전자 트랜지스터(Single Electron Transistor, SET)의 동작원리를 이용하는 것으로서, 게이트에 가해지는 전압의 크기에 따라서 소스와 드레인 사이의 전류의 크기가 민감하게 변화하는 특징이 있다.A quantum detector composed of a quantum dot, a quantum dot source, and a drain metal electrode uses the operation principle of a single electron transistor (SET). The magnitude of the current between the source and the drain is sensitive depending on the magnitude of the voltage applied to the gate. There is a changing characteristic.
보통의 경우 양자 검출기의 양자점에 전자가 있을 경우에는 쿨롱(Coulomb) 반발력에 의하여 소스와 드레인 사이의 전류는 흐르지 않게 되며, 이 상태에서 게이트에 전위차가 변화하게 되면 양자점 내부의 전하의 수가 바뀌면서 소스와 드레인 사이에 전류가 흐르게 된다.In general, when there are electrons in the quantum dot of the quantum detector, the current between the source and the drain does not flow due to the coulomb repulsive force.In this state, when the potential difference is changed in the gate, the number of charges in the quantum dot changes and the source and the Current flows between the drains.
본 발명에서는 양자 검출기의 게이트 전압은 양자 원통에 들어 있는 전하의 전기장으로 결정된다.In the present invention, the gate voltage of the quantum detector is determined by the electric field of the charge contained in the quantum cylinder.
양자 검출기는 동작을 위하여 양자 검출기의 기준점 조정이 먼저 요구된다. 일례로 양자 원통에 전자가 없을 경우에 양자 검출기를 지나는 전류의 크기를 결정하고, 동일한 방법으로 양자 원통에 하나의 전자가 있는 경우에 양자 검출기를 지나는 전류의 크기를 결정한다. 중첩상태로 인하여 양자 원통 내부에 전자가 확률적으로 존재하면 기준점 조정으로 구한 두 값의 사이에 있는 임의의 값을 표시할 것이므로 양자점 소스와 드레인 금속 전극으로 흐르는 전류의 크기를 통하여 양자 원통 구조 내부에 전자가 있을 확률을 역산하게 된다.The quantum detector first requires a reference point adjustment of the quantum detector for operation. For example, when there is no electron in the quantum cylinder, the magnitude of the current passing through the quantum detector is determined. In the same way, when there is one electron in the quantum cylinder, the magnitude of the current passing through the quantum detector is determined. If the electrons are stochastic in the quantum cylinder due to the overlapping state, it will display a random value between the two values obtained by the adjustment of the reference point. The probability of having an electron is reversed.
본 발명은 도면 5에 도시되어 있는 바와 같이 양자 원통 1과 2에 존재할 수 있는 전자의 확률을 위상 제어 게이트로 조절하여 무한개의 경우를 가지는 정보를 만들어 내는 것이 가능하며 양자 검출기를 이용하여 만들어낸 정보를 관측할 수 있 다.According to the present invention, as shown in FIG. 5, it is possible to generate information having infinite cases by adjusting the probability of electrons that may exist in quantum cylinders 1 and 2 with a phase control gate, and information generated using a quantum detector. Can be observed.
본 발명에 따르는 큐비트는 양자 원통의 간격이 좁을수록 안정적인 양자 중첩 상태를 얻을 수 있으므로 우수한 동작특성을 확보할 수 있으므로 20나노미터 이내로 되는 것이 바람직하다. 두 개의 양자 원통의 길이가 동일하고 완전한 원통형이 되면 더 안정적인 양자 중첩 상태를 얻을 수 있으며 디엔에이의 완전한 모양과 구조가 이 조건에 적절하게 부합된다.In the qubit according to the present invention, the narrower the space between the quantum cylinders, the more stable quantum superposition can be obtained. If the two quantum cylinders are the same length and become a full cylinder, a more stable quantum superposition can be achieved, and the complete shape and structure of the DNA will suit this condition.
도면 6에 도시되어 있는 것은 은 본 발명에 따른 디엔에이와 게이트 금속 전극, 위상 제어 게이트 금속 전극, 양자 검출기를 포함하는 소자의 회로 구성도를 나타낸다.Shown in FIG. 6 is a circuit diagram of a device including a die and a gate metal electrode, a phase controlled gate metal electrode, and a quantum detector according to the present invention.
본 발명의 전기 설명은 본 발명을 설명하고 기술한다. 또한, 개시는 본 발명의 바람직한 형태만을 설명하고 기술하나, 전기 언급된 바와 같이, 본 발명은 여러 다른 조합, 변형 및 환경에서 사용할 수 있고, 상기 교시에 맞추어 본원에 표현된 본 발명의 개념의 범위 및/또는 당해 분야의 숙련자 또는 기술 내에서 변화 또는 변형하는 것이 가능하다고 생각된다. 본원에서 상기한 양태는 또한 본 발명의 실행에 대해 공지된 최고의 형태를 설명하고자 하고, 본 발명의 특별한 적용 또는 사용에 의해 요구되는 이런 또는 다른 형태 및 여러 변형에서 본 발명을 당해 분야의 숙련자들이 사용하게 할 수 있다. 따라서 설명은 본 발명을 본원에 개시된 형태로 제한하고자 함이 아니다. 또한, 첨부된 청구항은 다른 형태를 포함하도록 구성되고자 한다.The foregoing description of the invention describes and describes the invention. In addition, although the disclosure describes and describes only preferred forms of the invention, as mentioned above, the invention may be used in a variety of different combinations, modifications, and environments, and the scope of the inventive concept expressed herein in accordance with the above teachings. And / or it is contemplated that changes or variations may be made within the skill or skill in the art. The foregoing embodiments are also intended to illustrate the best known forms of the practice of the present invention and the use of the invention by those skilled in the art in these or other forms and various modifications as required by the particular application or use of the present invention. It can be done. The description is therefore not intended to limit the invention to the form disclosed herein. Also, the appended claims are intended to cover other forms.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 디엔에이를 이용한 규비트의 제조 방법은 정보 처리 소자의 문제점을 극복한다.As described above, the method for manufacturing a cubit using the DNA according to the present invention overcomes the problem of the information processing element.
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