Mẫu thiết kế máy tính lượng tử spin từ cặp QD dựa trên công nghệ Si, Ge và
GaAs đã và đang là nền tảng của công nghiệp điện tử - viễn thông hiện đại [33, 34, 47]. Đây cũng chính là một ứng dụng của công nghệ mới spin tử (spintronics). Mô hình máy tính lượng tử này cho phép sử dụng spin thật của điện tử. Do tương
tác Coulomb và nguyên lý loại trừ Pauli, trạng thái cơ sở có năng lượng thấp nhất của cặp điện tử liên kết là Singlet có độ vướng víu lượng tử cao. Trạng thái kích
thích đầu tiên có năng lượng cao hơn một chút do tương tác Coulomb đẩy là trạng thái Triplet của cặp điện tử. Các mức kích thích cao hơn nữa nằm cách xa 2 mức thấp nhất nói trên bởi một khe cấm rộng do hiệu ứng cầm tù lượng tử. Ta có mô
hình hai QD liên kết với một điện tử trong mỗi chấm, các điện tử bị cầm tù theo mặt phẳng bởi thế cầm tù parabol tương ứng với kết quả thực nghiệm. Giả sử
khoảng cách giữa hai chấm là lớn , trong đó là bán kính Bohr hiệu dụng của QD đơn. Sự thay đổi khoảng cách giữa các QD tương đương với sự thay
đổi của bờ rào thế (điều này có thể thực hiện được trên thực nghiệm bằng cách đặt thêm một điện trường vào cực cổng giữa hai QD), và ngược lại. Trong mô hình
này, tác động của điện thế này được đặc trưng bởi sự thay đổi của khoảng cách hiệu dụng giữa hai QD giống hệt nhau. Giá trị của thông số tương tác trao đổi (còn gọi là thông số kết cặp) có thể tính được trong gần đúng Heitler-London:
(2.1.1)
trong đó là khoảng cách trong hệ không đơn vị, và là các thông số đặc
trưng cho từ trường ngoài và tương tác Coulomb, khi từ trường bằng không thì . Giá trị của thông số kết cặp giảm rất nhanh theo định luật hàm mũ khi tăng khoảng cách giữa hai QD, ngược lại tăng rất nhanh khi khoảng cách giảm. Điều này dẫn đến những khó khăn trong thiết kế và chế tạo mô hình thật của máy tính lượng tử. Việc chế tạo các máy tính analog hoạt động trên nguyên lý spin của điện tử gặp khó khăn do phụ thuộc vào thế quá mạnh (theo
định luật ). Chỉ cần thay đổi rất nhỏ điện thế đặt vào thì đã thay đổi rất nhiều. Bởi vậy sai số nhỏ của sẽ gây ra sai số lớn trong và dẫn đến sai số rất lớn trong thực hiện tính toán. Để vượt qua khó khăn này nhóm tác giả [33, 34] đã
đưa ra kỹ thuật chuẩn số hoá bít lượng tử sử dụng cực trị của theo (điểm ) dựa trên ý tưởng không để các điện tử đi đối đầu nhau trực tiếp như
trong các mẫu thiết kế truyền thống mà đi sượt qua nhau với sự thêm vào của các cổng nhúng (Plunger gate). Thế đặt trên các cổng phụ đẩy các điện tử vào các
đỉnh (off) có khoảng cách xa nhau nhất hoặc vào các điểm giữa (on) gần nhau nhất. Các cổng phụ này có thể hoạt động rất nhanh (siêu cao tần) mà vẫn bảo đảm máy
tính lượng tử hoạt động tốt do kỹ thuật chuẩn số hoá cho phép không nhạy cảm với thế cổng phụ . Phát triển ý tưởng trong các bài báo [33, 34] về các chế độ làm việc của máy tính lượng tử: tương tự (analog) và chuẩn số hoá (quasi-digital), trong [4] đưa ra thêm một trường hợp mới là chế độ số hoá tốt (good analog) với đường
dáng điệu là hàm tuyến tính theo là độ dài theo đường bắt đầu từ điểm , tức là . Đường đi của trường hợp tương tự hoá tốt sẽ là đường xoắn ốc trên mặt phẳng . Khi đó đường đi tương ứng sẽ là đường xoắn ốc “leo núi” spiral trên mặt . Đại lượng đặc trưng cho
khả năng làm việc của thiết bị tính toán lượng tử đối với sai số của thế . Để máy
tính lượng tử làm việc tốt thì cần nhỏ. Theo kết quả tính toán của các tác giả khác thì trong trường hợp tương tự thông thường giá trị khá lớn . Với thiết kế chuẩn số hoá giảm được đáng kể giá trị chỉ còn có giá trị vài phần trăm:
, còn trong trường hợp số hoá tốt . Ý tưởng sử dụng từ trường cũng đã được đưa ra trong [98] có thể tìm được điều kiện cho phép máy tính lượng tử spin hoạt động tốt hơn.