Arquiteturas de computadores quânticos baseadas em silício vêm atraindo atenção devido às suas perspectivas de escalabilidade e utilização dos recursos já instalados associados à tecnologia do Si. Spins eletrônicos e nucleares de doadores rasos (por exemplo fósforo) em Si são candidatos ideais para bits quânticos (qubits) nestas propostas, devido aos tempos de coerência relativamente longos dos spins em matrizes de Si. Para estes qubits de spin, a manipulação da carga do elétron do doador por eletrodos externos é um ingrediente importante para controle e leitura das operações de um-qubit, enquanto que as portas de troca são frequentemente invocadas para as operações de dois-qubits. Mais recentemente, qubits de carga baseados no tunelamento do elétron no íon molecular P+2 em Si foram também propostos. Discutimos aqui as operações elementares envolvidas na computação quântica baseada em doadores rasos em Si, levando em consideração as peculiaridades da estrutura eletrônica do Si, em particular a degenerescência sextupla do mínimo da banda de condução. Mostramos que a interferência quântica entre estes seis estados não afeta significativamente as operações envolvendo um único doador, mas leva a oscilações no acoplamento de troca e no acoplamento via tunelamento quando a posição relativa do par é modificada na escala de distâncias do parâmetro de rede. Nossos estudos ilustram as potencialidades bem como os enormes desafios envolvidos na implementação de qubits de spin e carga em Si.
semiconductores; computação quântica; dispositivos nano-eletrônicos; spintrônica; nanofabricação; doadores em silício
