本發(fā)明涉及量子計(jì)算機(jī)，尤其涉及一種仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體量子計(jì)算的核心思想是使用半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件中的量子點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)量子比特，半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件是通過半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)或者mos(metal?oxide?semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體)表面制作一系列電極，通過調(diào)控電極電壓形成足夠深的勢(shì)阱，使電子被束縛在勢(shì)阱中。由于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的勢(shì)阱形狀由電極電壓調(diào)控，可以通過改變電極電壓實(shí)現(xiàn)量子比特的讀取。但實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算需要多個(gè)量子比特耦合，相應(yīng)地需要在半導(dǎo)體表面增加更多的電極，以形成更多的量子點(diǎn)，但實(shí)際生產(chǎn)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件會(huì)存在對(duì)量子點(diǎn)的調(diào)控能力較差的現(xiàn)象，從而會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的質(zhì)量偏低，實(shí)際運(yùn)用時(shí)控制難度增大，因此，需要對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件進(jìn)行仿真，在qtcad(quantum-technology?computer-aideddesign，量子技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))仿真系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的優(yōu)化。而如何實(shí)現(xiàn)在qtcad仿真系統(tǒng)中提升仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的中各個(gè)量子點(diǎn)的調(diào)控能力以優(yōu)化仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件是亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的優(yōu)化方法及裝置，用以解決仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的量子點(diǎn)調(diào)控能力較差、質(zhì)量偏低的問題。

2、本說明書實(shí)施例提供一種仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的優(yōu)化方法，所述仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件包括量子點(diǎn)，所述量子點(diǎn)至少包括第一量子點(diǎn)、第二量子點(diǎn)，所述方法包括：

3、固定所述第二量子點(diǎn)的電極電壓，在預(yù)設(shè)電壓閾值內(nèi)遍歷所述第一量子點(diǎn)的電極電壓；

4、根據(jù)第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、遍歷所述第一量子點(diǎn)的電極電壓后得到的多個(gè)第波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值、多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值確定第一能級(jí)變化曲線圖；

5、固定所述第一量子點(diǎn)的電極電壓，在所述預(yù)設(shè)電壓閾值內(nèi)遍歷所述第二量子點(diǎn)的電極電壓；

6、根據(jù)第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、每次遍歷所述第二量子點(diǎn)的電極電壓后得到的多個(gè)波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值、多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值確定第二能級(jí)變化曲線圖；

7、基于所述第一能級(jí)變化曲線圖、所述第二能級(jí)變化曲線圖對(duì)所述仿真量子點(diǎn)器件進(jìn)行優(yōu)化。

8、可選的，在固定所述第二量子點(diǎn)處電壓之前，包括：

9、調(diào)用三維有限元網(wǎng)格生成器繪制仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件；

10、對(duì)所述仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件設(shè)定仿真參數(shù)。

11、可選的，根據(jù)第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、遍歷所述第一量子點(diǎn)的電極電壓后得到的多個(gè)第波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值、多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值確定第一能級(jí)變化曲線圖，包括：

12、根據(jù)所述第二量子點(diǎn)的電極電壓、遍歷的第一量子點(diǎn)的電極電壓、所述仿真參數(shù)、泊松方程計(jì)算所述仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的第一電勢(shì)分布數(shù)據(jù)；

13、基于所述電勢(shì)分布數(shù)據(jù)、薛定諤方程計(jì)算所述第一電勢(shì)分布數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)波函數(shù)、多個(gè)波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值；

14、按照坐標(biāo)期望值函數(shù)計(jì)算多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值；

15、確定所述第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、所述第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)；

16、根據(jù)歐式距離公式計(jì)算多個(gè)所述波函數(shù)的坐標(biāo)期望值分別到所述第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離、所述第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離；

17、根據(jù)所述歐式距離判定多個(gè)所述波函數(shù)所屬的量子點(diǎn)；

18、基于多個(gè)所述波函數(shù)所屬的量子點(diǎn)、多個(gè)所述波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值確定所述第一能級(jí)變化曲線圖。

19、可選的，所述根據(jù)第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、遍歷所述第二量子點(diǎn)的電極電壓后得到的多個(gè)波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值、多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值確定第二能級(jí)變化曲線圖，包括：

20、根據(jù)所述第一量子點(diǎn)的電極電壓、遍歷的第二量子點(diǎn)的電極電壓、所述仿真參數(shù)、泊松方程計(jì)算所述仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的第二電勢(shì)分布數(shù)據(jù)；

21、基于所述電勢(shì)分布數(shù)據(jù)、薛定諤方程計(jì)算所述第二電勢(shì)分布數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的多個(gè)波函數(shù)、多個(gè)波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值；

22、按照坐標(biāo)期望值函數(shù)計(jì)算多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值；

23、確定所述第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、所述第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)；

24、根據(jù)歐式距離公式計(jì)算多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值分別到所述第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離、所述第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離；

25、根據(jù)所述歐式距離判定多個(gè)所述波函數(shù)所屬的量子點(diǎn)；

26、基于多個(gè)所述波函數(shù)所屬的量子點(diǎn)、多個(gè)所述波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值確定所述第二能級(jí)變化曲線圖。

27、可選的，所述根據(jù)所述歐式距離判定多個(gè)所述波函數(shù)所屬的量子點(diǎn)，包括：

28、當(dāng)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值到所述第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離小于所述波函數(shù)的坐標(biāo)期望值到所述第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離時(shí)，所述波函數(shù)屬于第一量子點(diǎn)；

29、當(dāng)所述波函數(shù)的坐標(biāo)期望值到所述第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離小于所述波函數(shù)的坐標(biāo)期望值到所述第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)的歐氏距離時(shí)，所述波函數(shù)屬于第二量子點(diǎn)。

30、可選的，所述基于所述第一能級(jí)變化曲線圖、所述第二能級(jí)變化曲線圖對(duì)所述仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件進(jìn)行優(yōu)化，包括：

31、對(duì)所述第一能級(jí)變化曲線圖進(jìn)行曲線擬合，得到第一曲線斜率集合，其中，所述第一曲線斜率集合包括改變第一目標(biāo)量子點(diǎn)處電壓時(shí)所述第一量子點(diǎn)的第一曲線斜率組、所述第二量子點(diǎn)的第二曲線斜率組；

32、對(duì)所述第二能級(jí)變化曲線圖進(jìn)行曲線擬合，得到第二曲線斜率集合，所述第二曲線斜率集合包括改變第二目標(biāo)量子點(diǎn)處電壓時(shí)所述第一量子點(diǎn)的第三曲線斜率組、所述第二量子點(diǎn)的第四曲線斜率組；

33、當(dāng)所述第一曲線斜率組、所述第二曲線斜率組、第三曲線斜率組、第四曲線斜率組不滿足預(yù)設(shè)曲線斜率時(shí)，調(diào)整所述仿真參數(shù)，直至所述第一曲線斜率組、所述第二曲線斜率組、第三曲線斜率組、第四曲線斜率組滿足所述預(yù)設(shè)曲線斜率；

34、確定滿足所述預(yù)設(shè)曲線斜率的仿真參數(shù)所對(duì)應(yīng)的仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件為優(yōu)化的仿真量子點(diǎn)器件。

35、可選的，所述對(duì)所述第一能級(jí)變化曲線圖進(jìn)行曲線擬合，包括：

36、采用最小二乘法對(duì)所述第一能級(jí)變化曲線圖中的每一條曲線進(jìn)行曲線擬合；

37、所述對(duì)所述第二能級(jí)變化曲線圖進(jìn)行曲線擬合，包括：

38、采用最小二乘法對(duì)所述第二能級(jí)變化曲線圖中的每一條曲線進(jìn)行曲線擬合。

39、本說明書實(shí)施例還提供一種仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的優(yōu)化裝置，包括：

40、第一電壓遍歷模塊，用于固定所述第二量子點(diǎn)的電極電壓，在預(yù)設(shè)電壓閾值內(nèi)遍歷所述第一量子點(diǎn)的電極電壓；

41、第一能級(jí)變化曲線圖確定模塊，用于根據(jù)第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、遍歷所述第一量子點(diǎn)的電極電壓后得到的多個(gè)第波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值、多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值確定第一能級(jí)變化曲線圖；

42、第二電壓遍歷模塊，用于固定所述第一量子點(diǎn)的電極電壓，在所述預(yù)設(shè)電壓閾值內(nèi)遍歷所述第二量子點(diǎn)的電極電壓；

43、第二能級(jí)變化曲線圖確定模塊，用于根據(jù)第一量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、第二量子點(diǎn)的中心坐標(biāo)、每次遍歷所述第二量子點(diǎn)的電極電壓后得到的多個(gè)波函數(shù)所對(duì)應(yīng)的能量值、多個(gè)波函數(shù)的坐標(biāo)期望值確定第二能級(jí)變化曲線圖；

44、器件優(yōu)化模塊，用于基于所述第一能級(jí)變化曲線圖、所述第二能級(jí)變化曲線圖對(duì)所述仿真量子點(diǎn)器件進(jìn)行優(yōu)化。

45、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器被設(shè)置為運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序以執(zhí)行上述所述的方法。

46、一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被設(shè)置為運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述所述的方法。

47、其有益效果在于：本發(fā)明通過固定所述第二量子點(diǎn)處電壓，在預(yù)設(shè)電壓閾值內(nèi)依次遍歷仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件中第一量子點(diǎn)處電壓，得到第一能級(jí)變化曲線圖；固定所述第一量子點(diǎn)處電壓，在預(yù)設(shè)電壓閾值內(nèi)依次遍歷所述仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件中所述第二量子點(diǎn)處電壓，得到第二能級(jí)變化曲線圖；然后，基于能級(jí)變化曲線圖對(duì)所述仿真量子點(diǎn)器件進(jìn)行優(yōu)化，通過在qtcad仿真系統(tǒng)中確定不同量子點(diǎn)不同電極電壓下的能級(jí)變化曲線圖實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)能級(jí)調(diào)控能力的判斷，從而通過調(diào)整仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件的仿真參數(shù)間接調(diào)整量子點(diǎn)能級(jí)調(diào)控能力，以優(yōu)化仿真半導(dǎo)體量子點(diǎn)器件。