Квантовые точки: физическое содержание и интерпретация

б
. Управление состоянием атома осуществляется путем 
наложения на атом внешнего электрического поля Е, с помощью которого 
диполь р перебрасывается из одного фиксированного положения
↑
в другое 
↓
при условии рЕ
≥
и
б
. Дипольные моменты атомов намного (на 3—4 порядка) 
больше магнитных моментов, что обеспечивает высокую эффективность 
управления атомами. Благодаря возможности задания достаточно больших 
барьеров и
б
, у таких систем можно прогнозировать хорошее отношение 
сигнал/шум в широком диапазоне температур и внешних воздействий. При 
этом исходное состояние атома и его линейчатый спектр сохраняются в данной 
системе практически не возмущенными. Дипольное строение атомов позволяет 
осуществить простой способ формирования устойчивых двухуровневых 
атомных элементов. У многих простейших молекул энергия связи между 
составляющими их атомами относительно невелика, что позволяет управлять 
переходами атом 
↔
молекула с помощью относительно небольших 
электрических полей.
К сожалению, уровень средств манипулирования отдельными атомами 
сегодня остается еще слишком низким и не позволяет перейти к практической 
реализации элементов вычислительной техники на атомной элементной базе. 
Более реальным в этом отношении представляется использование молекул в 
качестве структурных элементов. На молекулярном уровне природой также 
заложена возможность создания простых и эффективных систем с 
переключением энергетических уровней. Одним из показательных примеров 
может служить триггерный элемент на основе перехода «молекула – 
молекулярный ион». Например, у двухатомных молекул с ковалентной 
(двухэлектронной) связью энергетическое состояние определяется энергией 
связи и
2
. Ионизация молекулы приводит к образованию молекулярного иона с 

---

одноэлектронной ковалентной связью с энергией и
1
. У молекулярного 
водорода Н
2 
и
2 
=4,7 эВ, а у молекулярного иона водорода Н
+
2
и
1
=2,8 эВ. Эти 
энергетические состояний устойчивы и могут служить основой для построения 
систем с переключением. Выбор элементов, реализующих переход молекула – 
молекулярный ион весьма большой (это молекулы, образованные атомами 
щелочных металлов, радикалы с выделенными ковалентными связями и т. д.). 
«Монтаж» молекулярных систем проще, чем атомных элементов и во многом 
близок к классическим схемным решениям, основанным на методах 
литографии. 
Молекула представляет идеальную естественную квантовую точку. Она 
имеет потенциальную яму с практически отвесными стенками, на дне которой 
прочно удерживаются электроны на связи. Управление энергетическим 
состоянием системы осуществляется обычным способом, подачей импульса 
соответствующей полярности и амплитудой, достаточной для разрыва одной 
ковалентной связи и перевода молекулы в другое устойчивое состояние, 
соответствующее молекулярному иону. 
В качестве двухуровневых элементов цифровой техники также могут быть 
применены дипольные молекулы типа СО, NO, HCl, H
2
O и т. п. Дипольный 
момент имеют ионы с незамкнутыми оболочками и радикалы, которые в 
принципиальном отношении также могут выступать в роли двухуровневых 
элементов. Конструктивно они могут быть организованы на подложке с 
заданным распределением потенциала или с помощью метода матричной 
изоляции [7]. В качестве примера реализации такого устройства можно 
предложить модель ячейки атомного кубита, представляющую прототип 
модели Кейна [2], но построенную на молекулярных элементах. Такая модель 
удовлетворяет 
всем 
требованиям, 
предъявляемым 
к 
гипотетическим 
кубитам [2, 8].
Анализ показывает, что зонная методология теории твердого тела, на 
которую в настоящее время опирается построение элементов вычислительной 
техники, включая квантовые точки, ошибочна в своих основаниях и требует 

---

своего радикального пересмотра. Перспективным на сегодняшний день можно 
считать атомно-молекулярное направление, для которого предложено научное 
обоснование [11—13]. Концептуальной основой новой физики твердого тела 
должна стать теория электронного строение атомов, одной из характерных 
особенностей которой является дипольное строение атомов. Осознание 
необходимости смены парадигмы в физике твердого тела открывает путь к