Ein zwei­stufiges Quanteninformations­element, realisiert durch Einschluss einer Ladung (Elektron oder Loch) oder eines Exzitons in einem Halbleiter-Quantenpunkt, sodass zwei klar definierte Niederenergie­zustände die logischen |0> und |1> eines Qubits bilden.

Prinzip

Quanteneinschluss führt zu diskreten orbitalen und Spin-Energie­niveaus; Steuerung und Auslese erfolgen über elektrische Gates, Tunnelkopplung oder optische Impulse, während Kohärenz durch Ladungs- und Spinrauschen sowie Kopplung an Phononen begrenzt wird.

Demonstration

Ein Einzel­elektron-Spin in einem lithographisch definierten GaAs- oder Si-Quantenpunkt als Qubit: Initialisierung durch spinselektives Tunneln, kohärente Steuerung mittels Elektron-Spin-Resonanz oder elektrischer Dipol-Spin-Resonanz und Zwei-Qubit-Verschränkung durch steuerbare Austauschwechselwirkung benachbarter Punkte.

Fehlanwendung

Ein Quantenpunkt-Qubit mit einem supraleitenden Transmon gleichzusetzen oder anzunehmen, allein die Ladungssteuerung gewährleiste lange Kohärenz; die spezifischen Rauschkanäle (z. B. Ladungsrauschen bei ladungsempfindlichen Encodierungen, hyperfeine Wechselwirkung bei Spins) zu ignorieren.

Konsequenz

Ermöglicht kompakte, halbleiterkompatible Qubits mit Potenzial für CMOS-Integration und dichte Skalierung; Abwägungen umfassen Fertigungsvariabilität, kurze Kohärenzzeiten für ladungs­orientierte Encodierungen und Anforderungen an präzise elektro­statische Kontrolle.

Umkehrung

Wird in ein klassisches Bit oder in ein delokalisiertes Trägerzustand umgekehrt, verliert das System die quantisierten Niveaus und die Fähigkeit zu kohärenter Superposition; die Betonung delokalisierter Orbitale statt lokalisierter Punkt-Zustände hebt die Qubit-Identität auf.

Abgrenzung

Gilt für Qubits, die durch diskrete Zustände stark eingeengter Halbleiternanostrukturen gebildet werden; schließt Volumendefektzentren (sofern nicht als Punkte gestaltet), supraleitende Qubits und topologische Qubits aus. Erfordert Einschlussenergie deutlich oberhalb thermischer Verbreiterung und Auslese-Bandbreite.

Semantische Spannung

Spannung zwischen 'Spin-Qubit' (längere Kohärenz, schwächerer Kopplung) und 'Lade-Qubit' (schnelle Gates, stärkeres Rauschen) sowie zwischen dem Bild des Quantenpunkts als künstlichem Atom und als fertigungsspezifischem Festkörpergerät.

Synthese

Ein Quantenpunkt-Qubit ist ein halbleiterbasiertes Zwei­zustands-Quanten­gerät, dessen diskrete eingeschlossene Zustände |0> und |1> kodieren; es verbindet kompaktes Design und CMOS-Potenzial mit kohärenz- und fertigungsspezifischen Kompromissen.