本发明属于计算机科学与技术领域，具体涉及一种基于掺杂纳米线碳化硅多型互嵌晶体制造的自激励自旋单电子电磁晶体管的室温自旋电子量子位器件，是量子计算处理器的基本单元。
背景技术：
这个元件构成生产量子位基本单元，属于量子计算领域，也称之为量子位。这个元件是一个物理器件，它只有两个量子态，例如，基态和激发态，构成两能级结构。它可由态矢量|0＞和|0＞标识，这个元件可处于相干叠加态，叠加态表示为：
a|0＞+b|1＞
这里系数a和b对应态归一化后的任意值。
一个量子比特能够由外部控制来操作，它可以执行单位矩阵u操作，这里指矩阵u这个量子比特的态空间。特别地，能制备这个量子比特的两个量子态的任意相干叠加态a|0＞+b|1＞。这个量子位要具有足够长的相干时间，完成操作，且与其它一个或多个量子位耦合，产生逻辑门。
量子位间满足以上条件才能够耦合和结合，执行量子逻辑操作，用于量子计算机处理器。目前，两种量子位较为流行。一种是基于天然的量子客体，如一种离子或原子核自旋，它们的相干时间长达几秒，可集成度低。另一类是基于装配类，如采用微技术的超导体和电气电路，容易集成但其相干时间非常短。
目前的量子计算机有光子技术、离子阱和超导体，前者不易集成，不能达到完成量子计算所需的量子位，后两者必须在低温下工作。为了克服这个缺陷，本发明着眼于制造室温下能够运行的量子位，采用微技术制造室温下可运行的量子位，潜在地可以集成大规模集成量子位，满足量子计算处理器需要。
此外，超导量子计算机的相干时间短，且量子位脆弱，与环境作用相消干。只能进行绝热量子计算和特俗算法，这限制了超导量子计算机的用途。
技术实现要素：
针对以上量子计算机相干时间短、低温运行等不能制造手持式量子计算机且只能进行绝热迭代等特殊算法限制，需要开发量子计算机的处理器的室温单元器件。首先要有室温下能够运行的类似低温下超导josephoson结量子效应的器件。但由于量子效应的脆弱性，在环境等噪声的散射下，量子易失相，以至于相干时间非常短，这是建造量子计算机的一个障碍。那么发现能够在室温下强健的量子位是关键。碳化硅中存在有能够在室温下运行的的自旋电子相干现象，它在室温下相干时间达毫秒级，参看文献abram.l.faulk，bob.b.buckley，gregcalusine，williamf.koehl，viatcheslavv.dobrivitski，albertopoliti，christiana.zorman，philipx.l.feng，anddavidd.awschalm.polytypecontrolofspinqubitsinsiliconcarbide.naturecommunications，4：1819，2013。本发明以自激励电磁晶体管室温下在栅极和衬底施加电压超过阈值的情况下，源漏极出现严格周期的各一半的顺时针和逆时针循环电流(circulatingcurrent)，其源漏i-v曲线谐振显示出相干量子动力学，这种量子位特性标志双能级系统，可构造室温稳定的量子位器件。
单只晶体管的电学特性可由以下方程描述：
在研究纳米线碳化硅的过程中，观察到一种随着源漏电压升高，加栅极电压超过阈值时候，源漏自旋电子电流发生等幅振荡，随时间变化为矩形或退化为正弦波形。这里的等幅振荡自旋电流是单电子库伦阻塞电流。若晶体管不加栅极电压，不会产生自旋电子电流等幅振荡，晶体管只是很小的隧穿电子电流。若施加栅极电压到一定值时，产生隧穿电流的等幅震荡。可以总结为：
其中im——穿过纳米线的最大自旋电流，其极值为10pa～100na；
晶体管产生的阈值电压vt为阈值以上有效直流栅极电压vg、源漏电压vds及其衬底电压的和：
vt＝vg+vsubstrate+vds
其中的任意一个量不能同时为零。
当栅极电容超过一定的值，但又在一个有效范围内，通过纳米线的源漏电流与电压的关系为
其中im为最大源漏电流，δ＝δvds/vdsmax，i＝0，±1，±2，±3，……，它是在有效总电压下，源漏电压vds在其有效源漏最大值范围内第i个的变化增量，属于归一化值；vdsmax是有效产生自旋电子电流范围的源漏电压。δvds为有效源漏电压范围内，等值增量。
否则，方程演化为
v(t)＝k0vt..........0≤vt≤vdshd
k0-constant(3)
n为整数，ωn为第n个源漏电压增量对应的晶体管源漏电流的角频率，vn为第n个源漏电压的增量。
晶体管源漏电流发出的电磁波频率符合如下关系：
δvt为总电压的等增量值，e——电荷，h——普朗克常数，常数2此处表示分数电荷，取值为2。
rabi频率与阈值电压呈线性关系。
晶体管制作工艺：
这个晶体管是在硅/氧化硅上沉积碳化硅纳米线多型互嵌晶体，沉积氧化硅，经过光刻技术，刻蚀露出纳米碳化硅线晶体两端，沉积钯金属薄膜，刻蚀构造源漏极，再沉积氧化硅薄膜，在其上沉积金属薄膜银，构造栅极。这就完成了自激励电磁自旋电子晶体管的构造。(具体可以参考发明人申请的专利201510222164.3自激励自旋单电子电磁场效应晶体管、制备方法及应用一文。)栅极与纳米线碳化硅之间的电容的自旋电荷密度决定系统的运行点。其中，纳米线碳化硅的电导率、栅极绝缘层厚度决定的分布式电容是主要因素。用两个结构相同但电学参数差别大的自激励电磁自旋电子晶体管构建一个电路，前者为晶体管有源区出现自旋电子电流构成的量子位，用于写入信息。而后者同样具有这个性质，这个晶体管用于检测前者的信息，用于读出前者端口的信息。两只晶体管制造工艺不同。前者晶体管中半导体纳米线电导率在0.01～100s/cm，电容在10-5f/cm2；后者的电导率为前者1～10倍，电容更加大。两者呈并联连接。这是一个量子位模块。所有这样的晶体管模块集成构成量子位。两个晶体管栅极施加不相同的可调节的直流偏置电压，源漏电压以同样形式施加。这个自旋电流箱构成的回路室温下源漏i-v测试曲线显示精确的各占半周期的自旋顺时针和逆时针环电流，并且形成等幅谐振，且这个谐振延迟达秒级，利用这个特性构造量子位。其谐振显示了rabi谐振和ramsey干涉条纹，这是量子位器件的条件之一。第二是可以提高输出数据的保真度。三是是可以通过半导体工艺制造技术，把量子位器件集成到一块衬底上，可以大规模集成，四是本自旋电子箱只需自旋电子运行，所以只有一个主自由度——自旋电子或者手性电子，它在室温下量子位强健性，使构造量子线路量子计算机具有可能。
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的费米轻子量子位。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的费米轻子量子位，其特征在于，它的第一个主自由度分配给写入操作，第二个主自由度分配给读出操作，其中第一和第二主自由度之一是一个自旋电子电荷，而另外一个也是一个自旋电子电荷。
进一步地，第一主自由度分配给写入操作的是一个自旋电子电荷，分配给读出操作的第二主自由度是一个自旋电子电荷。
一种基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的费米轻子量子位，其特征在于，它的第一个主自由度分配给写入操作，第二个主自由度分配给读出操作，其中第一和第二主自由度之一是一个自旋电子电荷，而另外一个也是一个自旋电子，它包含：
一个自激励自旋电磁单电子晶体管模块包含第一个和第二个自激励自旋电磁单电子晶体管，它们定义了一个闭合的晶体管环路，形成一个自旋电子量子位；
一个写入电路包含一个晶体管的栅极和掺杂纳米线碳化硅多型互嵌晶体形成栅极电容，栅电极电容性地耦合到有源区，允许这个量子位置于量子位的两个基态的一个或另一个，或者这些态的相干叠加中，一个源于可调电压源的偏压vg施加到栅电极上；
一个读出电路含有一个读自激励自旋电磁单电子晶体管插入所述的晶体管环路，它的有源区电导率是第一和第二个晶体管的2倍以上。
进一步地，晶体管环路由这样一种方式构成，量子位的跃迁频率ν01能够调整到一个值，它对于外部参数和扰动是静态的。
进一步地，它包括了能够感应一个穿过晶体管环路的可调节磁通量的部件，通过作用在量子位的相位差δ上。同时，纳米线晶体管具有电感，其对穿越环路的磁通量调节电感。
进一步地，它包括了一个读出电路，它独立于写入电路，电位耦合到所述的量子位环路中，除读出晶体管外，具有在读出周期施加一个可以参数化的持续时间和幅度的电流脉冲ib部件，也有在读晶体管的终端上探测2π相位跃迁的部件，作为读脉冲的一个结果，排他性地出现两个态的一个。
进一步地，它的参数是直流偏压vg和由穿过晶体管环路中的磁通量φ和读电流ib的晶体管相位差δ，在运行点fi，对应两套参数vg和δ，跃迁频率f0是静态的。
进一步地，读出序列产生读脉冲序列，它有一个峰值ibc，施加一个电流脉冲的部件发送一个静态电流，它相对读出脉冲的方向是负的，其峰值小于ibc，当一个读脉冲到达的时候，替代在π/2～π之间的晶体管相位差δ是可能的。
一个多量子位自旋电子器件，其特征在于，它包含至少第一个室温自激励自旋电子电磁晶体管自旋电子量子位，它具有一个分配给写入的自旋电子电荷主自由度，分配给读出的自旋电子的第二个主自由度，至少一个第二个室温晶体管自旋电子量子位，它具有一个分配给写入的自旋电子电荷主自由度，分配给读出的自旋电子的第二个主自由度，一个耦合器件耦合两者，即所述的第一和第二个量子位的自旋电子电荷属性的两个第一个主自由度。
进一步地，多量子位自旋电子器件所述的耦合器件包含至少一个电容器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、一般量子位在室温下受到环境影响稍纵即逝，但本发明的量子位可以在保持长达150ms以上的rabi干涉。
2、本发明的晶体管是量子计算机处理器的关键元件，将开启室温量子计算的技术。
3、本发明工艺简单，易于集成，可用于开发大规模量子计算处理器芯片。
附图说明
图1为自激励单电子自旋电磁晶体管栅极、源极和漏极三个符号示意图。
图2为量子位器件写入电路和读出电路；其中配置电阻和电容。
图3为一个脉冲时间内的量子位器件的系统的状态的室温下相位和电流的关系。
图4为本发明基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的量子位的信号定时的操纵或者测量实例。
图5为基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的量子位的rabi谐振的相干时间。
图6为基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的量子位的实例。
图7为基于自激励自旋单电子场效应晶体管的量子位的ramsey干涉图，说明本发明量子位的干涉时间。
图8为两个基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管量子位的耦合的一个实例。
图9为两个量子位耦合后的rabi相干时间。
图中：1、2、14-晶体管；3、6-栅电极；4、5、15-源漏电极；7、135-电流源；8、11、23、27-电容器；9-射频源；10、12、17、22、24、25、28、29-电阻器；13-放大器；16、18、19、26-低通滤波器；20-电阻分割器；21-电压源；100-两个自激励自旋单电子电磁场效应晶体管构成的量子位；133-在同一块衬底上的产生变化磁场的线圈或铁磁体或者是产生电磁回旋共振部件，它施加一个穿过晶体管环路的磁通量φ；170-电磁耦合器件，一般是电容。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及的名词解释如下：
费米子(fermion)：费米子以意大利物理学家费米的名字命名。费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。它遵从泡利不相容原理。根据标准理论，费米子均是由一批基本费米子组成的，而基本费米子则不可能分解为更细小的粒子。
基本费米子分为2类：夸克和轻子。其中轻子有12种：包括电子(e)、渺子(μ)、陶子(τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ，及对应的6种反粒子，包括3种反中微子。是非强相互作用的费米子。它也包括weyl子、majorana子。本发明专利中，由自激励自旋单电子电磁场效应晶体管中产生的电流可由这些轻子的作用产生，即轻子流。本发明专利费米子的轻子以似自旋电子电荷为例介绍。本发明中自激励单电子电磁场效应晶体管的量子位是由这几种轻子都适用。
下面介绍本发明实施例提供的一种基于自激励自旋单电子电磁场效应晶体管的费米轻子量子位。属于增强型纳米线场效应晶体管。
室温条件下，通过给自旋电子箱——自激励电磁晶体管在加超过一定阈值的栅极电压后，源漏极i-v特性曲线呈现一个两能级系统。其特征在于它有一个第一主自由度分配到数据写操作，第二主自由度分配到读操作。其中第一、第二主自由度中的一个对应自旋电子，而另一个还是对应自旋电子。
优选情况下，第一主自由度为似自旋电子，第二也为似自旋电子。这样，实例中所列的本发明由下列构成：
一个自激励电磁晶体管确定了自旋单电子电流的晶体管，为形成一个量子比特器件；它的源漏极有源区纳米线碳化硅多型互嵌晶体的元素掺杂浓度是可以调节的。器件有源区的电导率σ(未加栅极电压时所测电导率，下同)处于较高数值0.0010～300s/cm。
一个构成写操作电路由一个加浮栅电极结构的自激励电磁晶体管构成，在一个栅极电压vg超过阈值时，源漏i-v显示量子比特的两个基本态的一个或另一个，或者处于这两个基本态的相干叠加。这个偏置栅极电压是可调节的。这个晶体管的源漏电极施加源漏电压vsd同时加入一个电流计，以测试随源漏电压vsd变化isd的变化。其中，ids在皮安培到纳安培范围。在栅极上叠加一个射频脉冲或者一个合适的序列，作为写入相干信号。这个器件由于是似自旋单电子往复隧穿，且在纳米线中，不会产生电荷滞留，在临近这个岛的附近不会有误差波动，也就克服了电荷噪声带来的降低岛的量子态的相干时间的缺陷。
一个读操作电路由一个源漏有源区纳米碳化硅线掺杂元素浓度较高的自激励电磁晶体管，其电导率高于写操作电路的那个晶体管的。器件电导率σ大于800s/cm。这个晶体管的源漏电极施加源漏电压vsd同时加入一个电流计isd构成读处电路。其中，ids在皮安培到纳安培范围。
这两个晶体管构成了写读回路。
自激励电磁晶体管写读回路的构成方式是，其量子位的跃迁频率f0要能够调节到一个静态值，它对于外界参数和扰动是静态的。
按照本发明，量子位器件不包括由作用在量子位上的相位差δ通过自激励电磁晶体管回路能够感应出一个可调的磁通量。在考虑由读晶体管电路所加的电容情况下，读出晶体管有一个有效电导率足够高，对于由外界电路感应产生的相位差的涨落，小于0.0001rd。
一个用于写入信息的晶体管的有源区纳米线掺杂浓度使其电导率可以在一定范围调节，另一个晶体管有源区掺杂元素浓度大些，目的是做小电阻。视写入数据时，与读出解耦或静态。
按照本发明优选实例，器件包括了读电路，它独立于写电路，通过电位联结到量子位的晶体管电路上，除去自激励电磁晶体管外，一方面它还具有功能，在读出相位期间施加时间和幅度确定的电流脉冲ib，另一方面，它也具有在读出晶体管的终端探测相位跃迁2π能力，作为读出脉冲的一个结果，这是量子位两个态中排它的一个。
本发明的优越性是器件由其参数预先设置，即fet有源区电导率σ和晶体管的相位差δ，其中相位差δ是由晶体管读出电流ib产生，在运行点fi，量子位跃迁频率f0对应三套参数栅极电压、电导率σ和晶体管的相位差δ是静态的。运行时间达到123us。
器件运行点fi可以位于量子位本征频率f0三维图马鞍形点f1，它是fet栅极电压、有源区电导率σ和晶体管的相位差δ。
所形成的量子位的跃迁频率f0可以调整到一个值、它在受到外部参数和扰动时会保持强健。
在产生读出脉冲序列时，出现一个峰值电流ibc，施加一个电流脉冲的机制发送一个静态电流尺度约为百分之五的ibc，它是负的对应着读出脉冲的方向当一个读出脉冲到达之时，取代π/2到π之间的晶体管相位差δ成为可能。
本发明的器件包括一个读电路，与栅电压和源漏电压控制。如图1所示，晶体管的栅极、源极和漏极的符号。
本发明提供了室温下量子位器件运行相干时间比低温超导量子位器件的长很多且读出高保真度的可能性。要做到这点，同时使用了一个主自由度，即自旋电子电荷。以图2为例说明如下。
电荷主自由度是100所示的晶体管环路的顺时针和逆时针的循环自旋单电子电流的电荷，100即一个自激励自旋单电子电磁场效应晶体管1构成的环路。这个晶体管1的电导率为0.01到300s/cm，优选50～300s/cm。这个似自旋电子的电荷性质被开发，是为操纵量子位，这是通过在晶体管1的栅电极2施加栅极电压vg。它构成了一个环路，其中由晶体管1的栅极2及源漏极3，这个模块成为一个独立的模块，以100标志。而相位差φ可以由第二个晶体管4器件有源区的电导率σ表征。晶体管4包含在自激励电磁晶体管环路中，对称并联接到100上。它构成了读出电路的探测单元。晶体管4的电导率比晶体管1的大两倍以上。
通过施加到100中的晶体管1的栅电极3上的电压，即源于栅电极3电压源的直流电压vg，从而改变电荷这个主自由度，这样，要取得优化运行点，栅极电容电荷密度为ng，这里考虑σ代表着减少的电荷数；而另一方面，在100量子位上通过栅电极3电源施加接近或等于共振射频脉冲u(t)，完成写入操作。在读出上，一个来自电流源7的电流脉冲ib施加到晶体管14上，以便接近该晶体管的临界电流。接入一个电流源7，并在这里由晶体管14构成耦合到一个电流源7和电压源(未画出)，发送一个电压vb。在两个晶体管构成的环路中，外配置一个电容，滤除噪声信号。在晶体管14上加独立的电源栅极偏压vg3，可以由此反映晶体管1的相位差φ，晶体管14的σ要更大，达到800s/cm，这个数值应该都在电路环最佳运行点时加以计入，不需要加射频信号，在晶体管14读出晶体管中，通过探测一个或多个2π相位跃迁的出现或缺失可以决定量子位的状态。栅极2在读出时加序列信号；当这些相位跃迁形成雪崩流信号时，使用放大器13，在读晶体管14的两个终端测量其电压，可取得读出。在写入时由于环路中两个晶体管，前一个晶体管1的相干状态在写入时，可使晶体管14被视为短路状态。这是因为晶体管14源漏有源区纳米线碳化硅多型互嵌晶体掺杂浓度要比晶体管1要高至少2倍。这就是在写入操作时晶体管14可视为一条线路把写入和读出解耦合。量子位的两个状态对应着一个确定电压的出现或缺失。当量子位处于写入模式时，或者保持/计算模式时，这个读出的晶体管14其行为就像一个短路，因为它有源区的电导率要至少两倍于晶体管1的。
由图1当晶体管1写入时，其源漏电流产生的信号作用于第二个晶体管栅极上产生相应的变化，从而可以反映其变化。可以检测第一晶体管的源漏电流。这时由于晶体管的电容大，不会影响写入信号；当读出电路读出时，由于在晶体管栅极电压变化反映了第一个晶体管的源漏电流变化，在第二个晶体管的栅极电压、源漏电压和衬底电压之和超过阈值时，该源漏极导通，使之成为接近短路。检测信号的大小。不会影响第一晶体管的写入，而可检测其电流和电压。
写入第一晶体管信号：源漏电流和源漏电压。
在另一晶体管的栅极接入环路，第一晶体管的源漏极电流的测试电路，通过有源漏极把源漏电流的变化传到栅极，这使量子位电路运行时产生一个短路，不视为一个从而在第三个晶体管的源漏电流上，这在测试时，由于电阻很小，在量子位写入时，视为短路，其输出为利用共有电源，并联到第二个集成运算放大器上输出其电流信号。其次，必要性，附加有检测第一晶体管的电路其三，原环路是否可以被附加电路影响，其可免于影响的步骤。通过把附加电路移位到第二个晶体管后，这样就不会影响第一晶体管环路的干涉特性。还有电路的频率：两个因素，一个是写入信号的频率，与量子位跃迁频率成正比或接近；二是通过调节电路参数，使频率定态，对栅极电压、源漏极电压和钝性。消除干扰，使电路中频率对外界参数不影响。包括温度起伏频率稳定。第三晶体管加源漏极，晶体管构造，纳米线电导率同样高，以影响量子位写入。
控制器件在电子互作用范围，如10-30纳米，同性排斥异性相吸，使正负循环电流相同时排斥，相异吸引，利用电子云交叠和分离产生cnot门。这些可以用栅极电压控制源漏极电流。一个晶体管加一个晶体管，一个用来输入，下一个用来读出，不必做成环。
从另一角度讲，本发明基于一个量子自由度的器件，它有两个不同的相关物理量，用其来确定量子位也是可能的，即：
在栅电极上的电压(或电荷)变化允许量子位的两个量子态a|0＞+b|1＞相干叠加被写入。
在自激励电磁晶体管，如有源区为掺杂纳米线碳化硅，构成的环路中的相位差或电流，这个物理量的测量允许量子态读出。
该器件在多种可以最大化相干时间的条件下运行。这种两个端口独立的对于在读出时使写入解耦合是个重大的优势。
本发明的自激励电磁晶体管量子位电路也能这样确定：
a它包括一个有源区电导率低一个数量级以上的自激励电磁晶体管1和一个电阻2，它们在环路中体现为自旋电子传输和控制电路。环路的构造方式是，电路配置允许量子位的跃迁频率可以采用自旋电子电流调节的方式调制到对于外界参数和扰动是不变的状态。室温下，在这个环路中它们形成顺时针和逆时针环路电流i0和i1。
b它包括一个电源的一个栅极3，通常这个栅极具有可调节的电荷值，以及源漏电极4，把此电极两个画在图2中，而晶体管14的源漏电极未画出，它位于晶体管14源漏电极的连线之上。这些电路配置允许准确地调谐量子位的两个状态之间的跃迁频率，这两个栅极在写入相位期间置量子位于两个状态的量子相干叠加。
c它包括133部件，即产生变化的磁通的部件，它可以是晶体管环路旁边的电子磁旋共振(esr)，施加一个磁通量φ给晶体管内部电感环路，这个电路配置允许准确调谐量子位两个状态之间的跃迁频率f0。这是一个满足磁通部件与多量子位纠缠的电感相位接口。
d它包括第三个自激励自旋电子电磁场效应晶体管14，它具有栅电极vg3和源漏电极，位于晶体管14源漏电极连线之上，本图未画出源漏电极，其栅极接入到晶体管1的源漏极上，以测量其源漏电流的变化并读出。它的有源区的电导率要高于晶体管1的两倍以上。这是一个读出晶体管，它在写入相位或保持相位期间，作为一个短路电路运行，也在读出相位操作期间作为一个阈值探测器运行。
e它包括了一个读出电路，它独立于写入电路，电位联结到量子位自激励电磁晶体管环路中，除去读出晶体管14外，在读出步骤中，它还具有电流源7这个部件，用于施加一个可调节持续时长和幅度的电流脉冲ib；同时，还具有放大器13部件，用于探测读晶体管14两个终端的相位跃迁，这是由于读出脉冲和量子位状态的共轭效应所致。
更多情况下，整个电路结构和运行要设计的尽可能地对称，此外，量子位能够在阈值电压以上维持相干性，也可在运行条件时选用置于感应以维持其相干性。
这些电压(或感应)来维持量子位的相干性形成了本发明的目的：
1在使用之前，和量子态操作期间，对于施加到晶体管1这个晶体管栅极直流电压vg，和穿过量子位的磁通量的静态值的两个量子态的跃迁频率可以用电压来调整。
2在写入相位期间，在实际量子位环路中所有电流流动的取消，通过一个磁通量结合和晶体管14读出晶体管中一个电流的特殊结合。
3读出电路不是持续激活的，而是由读出脉冲ib在某个瞬时决定。通过晶体管1、2两个联结起来的栅电极的电源施加接近或相等的栅电压，栅极被电荷偏置。
这可以形成叠加：
一个直流偏压vg及衬底电压构成的阈值电压在实际上决定了量子位构成的环路的共振频率；而且，所接的相近或等于共振频率的谐振电压u(t)序列，它们的数目和幅度可以使量子位置于两个量子态的相干叠加态a｜0＞+b|1＞。
晶体管1以这种方式构建，其有源区纳米碳化硅多型互嵌掺杂浓度使电导率介于0.00110～300s/cm。这里，每个晶体管的栅电极构建与纳米线碳化硅是由绝缘介质隔离的。类似于增强型mosfet结构。施加于栅电极上的电压一般情况下在达到阈值之上并达到系统运行点。且其源漏极的电压是逐步增加的。在每个晶体管栅极之间，由读出电流脉冲施加的相位差使依赖其状态的量子位的环路的电流流动。
晶体管1的电导率、其栅电极和源漏电极与电阻2，形成自激励电磁晶体管环路，全部组合就形成了真实的量子位。作为客观实在，环路包括了晶体管14，它具有更大的杂质浓度和不同的栅极电压和源漏电压。它使读出电路在非读出周期作为晶体管电路的短路处理。
量子位电路系统运行点的调制
量子位的跃迁频率依赖于外部参数，可以归纳为栅极上偏置电压的自旋电子电荷和磁性谐振导致的晶体管的电感磁通量。在量子位的操纵过程中，电荷噪声或磁荷噪声易于引起跃迁频率改变，因此也会诱导量子态随机相位漂移，使量子位消相干。因此，在运行点f1、f2、f3，对电荷和磁荷噪声的敏感性是最小的。此处跃迁频率f0对外界参数是静态的。这些运行点是优选点。一个量子位可能的运行点位于马鞍点处。在三维图(未画出)中，所示的f1点(ng＝0.3，modulo1，δ＝0，modulo2π)，而在2π内运行峰值点位于f2和f3(vg＝0，或者1，δ＝0，modulo2π)。
一个态或态的一个相干叠加的记录
可调电压u(t)的幅度对应着0.01×(1/2)e的耦合电荷。
读出量子位的态。要读出量子位的态，一个并联于晶体管14的电流源7，产生一个脉冲ib，如图6所示。它的强度和持续时间是可调节的，典型情况下是150ms。在一个脉冲期间，这个电流脉冲产生器在晶体管14的终端诱导了一个晶体管的相位差α，这个相位差与晶体管1终端的相位差δ一起，晶体管电感磁通量β和穿过晶体管环路的磁通量φ满足方程：
δ＝α+β+(φ/φ0)2π
这里是绝对值和模数2π，φ0为磁通量子。
在读脉冲时间点上，运行点fi的相位差γ经历了一个替换，它诱导了一个相位δ的替换。晶体管14读出晶体管的转换约为α＝π/2。
选择通过晶体管回路的磁通量，它由读出脉冲确定，产生与关联态|0＞和|1＞的回路电流i0和i1尽可能不同的检测电流，优化读出量子位的状态。为补偿这个环路磁通量并保持晶体管的电感磁通的相位差为0，对应运行点fi，读出电流产生器发送了一个在读出序列后的-0.15ibc的静态电流。相位差δ在读取期间的置换将发生在π/2和π之间。
在读出量子位期间，读出电流必须接近于晶体管14读出晶体管的临界电流，以便能够分别保持量子位两个态的接近0％和100％的跃迁速率。在读出相位差之外，偏置电流ib选择为保持电路处于所选的运行点的值，如f1、f2、f3(图未标出)。这样，在由读脉冲确定电流的情况下，耦合到晶体管环路的磁通量φ可被优化，检测电流与态|0＞和|1＞关联的环路电流i0和i1尽可能的不同。
从读出晶体管上解耦量子位。
读环路有本征模，其频率必须尽可能地远离实际晶体管量子位的本征频率以防止量子位驰豫到碳化硅纳米线多型嵌合体的基态|0＞。因为读出晶体管14的结构和维度与晶体管1之间的差异很大，这些量子位的本征频率之间以及与读出晶体管的频率分离已经产生。通过有目的的增加一个以上的电容器8到晶体管14读出晶体管上的终端可达到目的，见图2。
相干性保持
保持量子位的相干性应满足3个条件：
a第一个条件目的在于消除晶体管上由于源漏极上的电荷噪声效应。与所测量的晶体管电荷模式相反，选择高电导率有源区的晶体管以能够确保能量谱的和谐性，能够使跃迁频率几乎对电荷噪声是不敏感的，能够操纵通过施加射频电压到晶体管1和2栅电极的电压操纵量子位。
b第二个条件是限制量子位驰豫。当量子位被置于|1＞的激发态时，这个驰豫贡献消相干。这是因为一个量子位能被相消干，通过把它的能量迅速转移到电路中。这种能量转移受到等值电阻抗的部件23和24的影响。如图6所示。这个阻抗即使达到最小时也不会为零。为了让这个能量转移为零，强加条件是必要的，即量子位的环路中无电流流动。通过结合测量晶体管的电流，在精确消除量子位的晶体管1终端上的相位差获得那个强加条件。
c第三个条件目的在于限制消相干的环境参数的影响。让我们用符号|ψ(t＝0)＞表示下列叠加态：
|ψ(t＝0)＞＝|0＞+|1＞
理想情况下，在量子位跃迁频率点上，组元|0＞和|1＞的相对相位差漂移，这个态自由演化，
|ψ(t＝0)＞＝|0＞+exp(2iπv01)|1＞
如果跃迁频率依赖于外部参数，它能够为一般变量x表示，这个变量的噪声能够由跃迁频率的波动来说明，因此，也可由组元|0＞和|1＞的相对相位差漂移的随机误差说明：这就是消相干现象。因此，当对应x的跃迁频率是静态的，消相干是一最小值，这就是说，满足下列条件，
本发明中，跃迁频率依赖的和已经被一般变量x表示的外部参数实质上就是两个数，即加于一个晶体管1和2的栅极直流偏压vg和源漏电压vds，此处取电压vg和vds被调整以便于下列两个条件被同时满足，
df0/dvg1＝0
df0/dvg2＝0
df0/dvds1＝0
df0/dvds2＝0
df0/dt＝0
它最小化了消相干，特别在量子位的叠加态。
最后，量子位可能耦合到一个以上的其它也具有自激励电磁双晶体管的量子位上。在其对应的模块上加一个电磁耦合器件170，如图8所示通过其联结的两个量子位，它们的器件结构、源漏极电压和电导率参数没有变化。优选情况下，这个器件是电容器，它联结的是两个连续的量子位201、202。
晶体管1自激励电磁晶体管的有源区中掺杂纳米线碳化硅被栅极的绝缘层的电荷由栅极电压控制的量子性质，它们有相似的特征。
自激励电磁晶体管有两个特点，一是掺杂纳米线碳化硅，二是纳米线碳化硅晶体由掺杂的元素对应多型体分布的多型体互相堆垛嵌合形纳米线晶体。纳米线直径限制在0.5～100nm之内，长径比大于10。电导率处于0.0010～300s/cm。这个晶体管环路由前者和一个读自激励电磁晶体管14闭合构成。后者有更高的电导率，至少是前者的两倍以上，且在非测量步骤进行时，对于量子位可以视为是一个虚拟短路。这是因为它的有源区电导率更高，接近前者两倍以上。
这个环路受到可调节的磁通量φ的制约，它由电流源135通过133线圈产生。它也可以视为由多种方法产生，如放在环路附近的永磁体、通电线圈或在量子位同一块衬底上制造的esr[电子回旋共振]。这个磁通量可以调节运行点，特殊情况下，它允许晶体管14中产生一个负的静态电流。
同时，在优选点上保持相位差δ在优选数值点上。穿过环路的磁通量和测量晶体管14的负的静态电流的这个结合增加了读出期间的0和1态的可识别性：这是因为在读出所用的电流ib幅度必须增加，以导致读出晶体管的开关。振幅增加，见图7，导致一个读出期间的相位差的置换，趋向于那些值，其环路中的电流差i0-i1大于零磁通量和零静态电流的差值。
本发明的一个特殊实施例在图5所示。
本电路可以用任何纳米半导体材料制造，例如纳米碳化硅材料、纳米氮化镓、氮化铝、金刚石和纳米硅锗，特殊情况下，是有机聚合物半导体。优选纳米碳化硅多型，如3c、4h、6h、15r的一种或以上的多型互嵌晶体。用真空电子束技术或pecvd技术沉积纳米碳化硅晶体在si/sio2衬底上。形成方式可以是多型薄膜、多型纳米线的形式。本例中晶体管1和14的有源区是采用pecvd技术沉积的掺杂金属或者非金属元素的纳米碳化硅多型互嵌晶体线，直径在0.5～100nm，长径比大于10。纳米线平行对齐排列且间隔在1nm～120nm之间。晶体管1的有源区的纳米线掺杂金属元素浓度可实行可调节掺杂，无栅极电压下电导率在0.0010～300s/cm；而晶体管14有源区的纳米线碳化硅多型互嵌晶体重掺杂，其无栅极电压下电导率在800s/cm以上。在其上用电子束技术沉积覆盖一层sio2厚度为10～500nm薄膜，采用光刻技术刻出纳米线碳化硅两端晶体部分窗口，再沉积钯金属薄膜，经过进一步光刻工艺，蚀刻刻掉其它部分的金属薄膜，保持晶体管之间源漏极的正确联结，形成晶体管回路。绝缘层处为栅极，金属与裸露纳米线半导体接触两个刻蚀窗口的为源漏极；在纳米线与栅极金属薄膜之间的绝缘层厚度是相同的，再沉积sinx薄膜。接出栅极、源极和漏极引线完成器件在其上构造，形成晶体管量子位读写环路。再沉积永磁体薄膜，引线接电源。
本发明所述的运行温度在低温0.01mk一直到室温300k甚至更高400k温度仍然可以保持量子位的强健性。低温下也可以运行，量子信息保真度更高。
100晶体管环路对的偏压源vg与低通滤波器26联结，电阻器10看确保阻抗匹配到一个100ohm的同轴电缆，100的控制栅极。电容用于8滤除环路噪声。
射频源9联结衰减器，一个电容器27和一个电阻29为50ohm的阻抗，它们匹配到100的控制栅电极。
晶体管环路由晶体管1和读出晶体管14构成，由电容器8滤波，它允许读出环路的频率极大地远离量子位的频率。
读出晶体管14的开关由电阻17探测，它增加了位于顺时针电流的电路阻抗。这个电路包括了一个低通滤波器16和一个放大器13，它有一个高输入阻抗。
7是安培计，一个低通滤波器18，和一个阻值为3kω的系列电阻25构成，一个电阻分割器20，由100因子除。读电流源事实上由电压源21发送一个电压v，经过一个滤波器19，再经过阻值都是20ω的电阻22和25。电阻分割器20运行并匹配20ω阻抗。
从量子位看去的阻抗的虚部和实部部分分别是电容器23和电阻器24。
图4显示了在高位部分，写入信号u(t)的定时图，由频率等于或接近于υ01的脉冲序列组成，需要记录依赖于量子态的持续时间，在低位部分，用于读电流脉冲ib的定时图。
最后，图9是一个不等时间间隔分开，经历两次空间旋转的一个脉冲序列之后，发现处于|1＞态的量子位的概率ps。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，如手性电子、marajana(马拉约那子)等均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。