由于具有大规模量子计算的潜力,门控硅量子点中的自旋量子比特正受到越来越多的关注。这种自旋量子比特的读出最准确且可扩展的方式是通过泡利自旋阻塞 (PSB) 完成的,然而,各种机制可能会提升 PSB 并使读出复杂化。在这项工作中,我们介绍了硅纳米线中多电子低对称双量子点 (DQD) 中 PSB 的实验研究。我们报告了对非对称 PSB 的观察结果,当自旋投射到对中的一个 QD 时表现为阻塞隧穿,但当投射到另一个 QD 时表现为允许隧穿。通过分析 DQD 与读出谐振器的相互作用,我们发现 PSB 提升是由 7.90 μ eV 的不同电子自旋流形之间的大耦合引起的,并且隧穿是不相干的。此外,16 个电荷配置中的 DQD 磁谱能够重建 DQD 的能谱,并揭示提升机制是能级选择性的。我们的结果表明增强的自旋轨道耦合可能使硅纳米线中电子自旋的全电量子位控制成为可能。
摘要 - 基于域墙(DW)运动的旋转逻辑设备提供了灵活的体系结构,以存储和携带逻辑信息在电路中。在此设备概念中,信息以多个磁性隧道连接(MTJ)共享的磁道磁态进行编码,并通过DW运动处理。在这里,我们证明可以使用新型的MTJ堆栈来实现这种基于纳米级DW的逻辑设备的全电动控制。除了各向同性的场驱动运动外,我们还显示了由电流驱动的DWS的方向运动,这是逻辑操作的关键要求。使用DW运动对逻辑门的完整电气控制。我们的设备在全晶片的IMEC的300毫米CMOS Fab中制造,这清除了大规模集成的路径。因此,此概念证明为逻辑和神经形态应用提供了高性能和低功率DW设备的潜在解决方案。
1 卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 物理研究所,德国卡尔斯鲁厄 2 卡尔斯鲁厄量子材料与技术研究所,德国卡尔斯鲁厄 3 韩国首尔基础科学研究所 (IBS) 量子纳米科学中心。 4 梨花女子大学,韩国首尔。 * 通讯作者:philip.willke@kit.edu,
可扩展量子计算机的发展正进入关键阶段,几种不同的固态量子比特设计已被证明是未来量子计算机基础的有力候选。硅基量子点自旋量子比特就是这样一种候选,它是该领域的一个相对较新的领域,但具有长相干时间和高保真测量和操控的潜力。硅还具有利用工业专业知识和与当前半导体制造技术的兼容性来生产可靠、可重复和可扩展的量子比特设计的显著优势。要大规模开发全功能的量子计算机,单个量子比特设计应紧凑、控制开销低,并与环境的交互最少,以防止量子信息丢失。量子点所经历的主要环境相互作用之一是所有电子设备中都存在的 1 /𝑓 电荷噪声特征。量子点区域的电场波动对半导体自旋量子比特中的单量子比特和多量子比特测量、操控和相干性构成了重大挑战。
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摘要 我们简要总结了 15 多年来对基于二维材料 (2DM) 的自旋电子学的深入研究,这些研究使我们深入了解了基本的自旋传输机制、磁隧道结和自旋轨道扭矩器件中的新功能,以及使石墨烯成为自旋活性材料的强大而前所未有的邻近效应能力。尽管基于 2DM 的功能性器件和相关异质结构的组合不断增加,但我们概述了仍然阻碍自旋电子学在自旋逻辑和非易失性存储器技术中的实际应用的关键技术挑战。最后,我们提到了当前和未来的方向,这些方向将保持基于 2DM 和范德华异质结构的超紧凑自旋电子学领域的发展势头。
摘要 — 卷积神经网络 (CNN) 是最重要的深度神经网络 (DNN) 类别之一,有助于解决许多与图像识别和计算机视觉相关的任务。它们使用传统 CMOS 技术和数字设计技术的传统实现仍然被认为非常耗能。浮点 CNN 主要依赖于 MAC(乘法和累加)运算。最近,基于 XNOR 和位计数运算的经济高效的 Bite-wise CNN 已被视为可能的硬件实现候选。然而,由于内存和计算核心之间密集的数据提取导致的冯诺依曼瓶颈限制了它们在硬件上的可扩展性。XNOR-BITCOUNT 操作可以通过在忆阻交叉开关阵列上执行的内存计算 (IMC) 范例轻松实现。在新兴的忆阻设备中,自旋轨道扭矩磁随机存取存储器 (SOT-MRAM) 提供了具有更高导通电阻的可能性,从而可以降低读取电流,因为所有交叉开关阵列都是并行读取的。这有助于进一步降低能耗,为更大的交叉开关设计铺平道路。本研究提出了一种基于 SOT-MRAM 的交叉开关架构,能耗极低;我们研究了工艺变异性对突触权重的影响,并对整个交叉开关阵列进行了蒙特卡罗模拟,以评估错误率。模拟结果表明,与其他忆阻解决方案相比,此实现的能耗较低,每次读取操作的能耗为 65.89 fJ。该设计对工艺变化也具有很强的鲁棒性,读取误差极低,最高可达 10%。
磁振子学是研究自旋波的物理特性并利用其进行数据处理的科学领域。可扩展至原子尺寸、从 GHz 到 THz 频率范围的操作、非线性和非互易现象的利用、与 CMOS 的兼容性只是磁振子提供的众多优势中的一小部分。尽管磁振子学仍然主要定位于学术领域,但该领域所涵盖的科学和技术挑战范围正在得到广泛研究,许多概念验证原型已经在实验室中实现。本路线图是许多作者共同努力的成果,涵盖了多功能自旋波计算方法、它们的概念构建块以及底层物理现象。特别是,路线图讨论了使用布尔数字数据的计算操作、神经形态计算等非常规方法以及基于磁振子的量子计算的进展。本文由七个大主题部分组成的子节集合组成。每个小节由一位或一组作者准备,并简要描述当前的挑战和研究方向进一步发展的前景。
对一些无限范围耦合的一些随机量子模型进行了简要调查,从量子iSing模型到Sachdev-ye-Kitaev模型。Sachdev-Ye-Kitaev模型是第一个实现广泛的零温度熵的模型,而无需呈指数较大的基态退化。该态度与缺乏其低能量谱的粒子样解释密切相关 - 它的频谱功能不是玻色子或费米子的功能,而是“普兰克安”,这意味着它们是能量/温度的通用功能。这些特性的一个不可思议的结果是,Syk模型在3+1维度中提供了有效的低能量理论,即在3+1个维度中提供了无苏匹配电荷或旋转的黑洞,从而导致了这种黑洞多体量子状态的密度的新结果。需要用于量子材料的非Quasiparticle金属状态,需要SYK模型的一种表面,称为二维Yukawa-Sachdev-ye-Kitaev模型。2Dysyk模型描述了在量子临界点位置的空间不均匀性的金属中的量子相变。这一扩展导致了在许多相关电子化合物中观察到的奇怪金属状态的通用理论,包括基于铜的高温超导体。
图 2:Cu(111) 上的电压脉冲。a) 3 . 5 × 3 . 5 nm 2 STM 初始状态的形貌图像,其中暗(HS)邻居(V = 0 . 3 V,I = 5 pA)和 b) 4 . 8 × 4 . 8 nm 2 STM 初始状态的形貌图像,其中亮(LS)邻居(V = 0 . 3 V,I = 5 pA)。黑点表示两种环境中电压脉冲的位置。c)、d) 分别在暗(HS)和亮(LS)邻居的 0.5 V 电压脉冲期间记录的典型 I(t) 轨迹。e)、f) 分别在暗(HS)和亮(LS)邻居的 I(t) 轨迹的每个平台的电流乘以持续时间(I×∆t)的分布。红色圆圈(蓝色方块)对应于从亮(LS)到暗(HS)(暗(HS)到亮(LS))分子的实验事件分布。虚线对应于每个分布的单指数拟合。g)、h) 两种环境下 LS 和 HS 状态在 0.5 V 时的相对势能示意图。