คอมพิวเตอร์ควอนตัม Kaneเป็นข้อเสนอสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ที่ปรับขนาดได้ ซึ่งเสนอโดยBruce Kaneในปี 1998 ^{[ 1 ]}ซึ่งขณะนั้นอยู่ที่มหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์มักถูกมองว่าเป็นลูกผสมระหว่าง คอมพิวเตอร์ ควอนตัมดอตและคอมพิวเตอร์ควอนตัมนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR)คอมพิวเตอร์ Kane มีพื้นฐานมาจากอาร์เรย์ของอะตอมผู้ให้ฟอสฟอรัส แต่ละตัว ที่ฝังอยู่ใน โครงตาข่าย ซิลิคอน บริสุทธิ์ ทั้งสปิน นิวเคลียร์ ของผู้ให้และสปินของอิเล็กตรอน ผู้ให้มี ส่วนร่วมในการคำนวณ

แตกต่างจากระบบการคำนวณควอนตัมหลายๆ ระบบ คอมพิวเตอร์ควอนตัมของเคนสามารถขยายขนาดได้ถึงจำนวนคิวบิตที่ไม่จำกัดได้ในทางทฤษฎี ซึ่งเป็นไปได้เพราะคิวบิตแต่ละตัวสามารถระบุตำแหน่งได้ด้วยวิธีการทางไฟฟ้า

ข้อเสนอเดิมระบุว่าควรวางตัวให้ฟอสฟอรัสเป็นแถวโดยมีระยะห่าง 20  นาโนเมตรซึ่งอยู่ลึกจากพื้นผิวประมาณ 20 นาโนเมตร จากนั้นจึงสร้างชั้นออกไซด์ที่เป็นฉนวนขึ้นบนซิลิคอน และ ทำการฝาก เกตโลหะ Aไว้บนชั้นออกไซด์เหนือตัวให้แต่ละตัว และวางเกต Jระหว่างตัวให้ที่อยู่ติดกัน

อะตอมฟอสฟอรัสที่เป็นตัวให้ประจุมีความบริสุทธิ์ทางไอโซโทปเป็น^31Pซึ่งมีสปิน นิวเคลียร์ เท่ากับ 1/2 ส่วนซิลิคอนที่เป็นพื้นผิวมีความบริสุทธิ์ทางไอโซโทปเป็น^28Siซึ่งมีสปินนิวเคลียร์เท่ากับ 0 การใช้สปินนิวเคลียร์ของอะตอมฟอสฟอรัสเป็นวิธีการเข้ารหัสคิวบิตมีข้อดีหลักสองประการ ประการแรก สถานะนี้มี เวลา การเสื่อมสภาพ ที่ยาวนานมาก อาจอยู่ในระดับ 10¹⁸ ^{วินาที}ที่ อุณหภูมิระดับ มิลลิเคลวินประการที่สอง คิวบิตสามารถควบคุมได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กแบบสั่น ดังเช่นในวิธีการ NMR ทั่วไป การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าบนเกต A จะทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงความถี่ลาร์มอร์ของอะตอมแต่ละตัวได้ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมอะตอมแต่ละตัวได้โดยการทำให้อะตอมเฉพาะเข้าสู่สภาวะเรโซแนนซ์กับสนามแม่เหล็กแบบสั่นที่ใช้

สปินของนิวเคลียสเพียงอย่างเดียวจะไม่เกิดปฏิสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญกับสปินของนิวเคลียสอื่น ๆ ที่อยู่ห่างออกไป 20 นาโนเมตร สปินของนิวเคลียสมีประโยชน์ในการดำเนินการกับคิวบิตเดี่ยว แต่ในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม จำเป็นต้องมีการดำเนินการกับคิวบิตคู่ด้วย นี่คือบทบาทของสปินของอิเล็กตรอนในการออกแบบนี้ ภายใต้การควบคุมของเกต A สปินจะถูกถ่ายโอนจากนิวเคลียสไปยังอิเล็กตรอนผู้ให้ จากนั้นจะมีการใช้ศักย์ไฟฟ้ากับเกต J ดึงอิเล็กตรอนผู้ให้ที่อยู่ติดกันเข้ามาในบริเวณร่วมกัน ซึ่งช่วยเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างสปินที่อยู่ใกล้เคียงอย่างมาก โดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเกต J การดำเนินการกับคิวบิตคู่จึงเป็นไปได้

^{ข้อเสนอ ของ}เคนสำหรับการอ่านค่าคือการใช้สนามไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นการทะลุผ่านแบบขึ้นอยู่ กับ สปินของอิเล็กตรอนเพื่อเปลี่ยนผู้ให้ประจุที่เป็นกลางสองตัวไปเป็นสถานะ D ⁺ –D– ซึ่งก็คือสถานะที่อิเล็กตรอนสองตัวเชื่อมโยงกับผู้ให้ประจุตัวเดียวกัน จากนั้นจึงตรวจจับประจุส่วนเกินโดยใช้ทรานซิสเตอร์อิเล็กตรอนเดี่ยววิธีนี้มีปัญหาหลักสองประการ ประการแรก สถานะ D– ^มีการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งกับสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงมีเวลาการเสื่อมสภาพสั้น ประการที่สอง และอาจสำคัญกว่านั้น คือยังไม่ชัดเจนว่าสถานะ D– ^{มีอายุ}การใช้งานยาวนานเพียงพอที่จะอ่านค่าได้หรือไม่ เนื่องจากอิเล็กตรอนจะทะลุผ่านเข้าไปในแถบนำไฟฟ้า

นับตั้งแต่ข้อเสนอของ Kane ภายใต้การนำของRobert ClarkและปัจจุบันMichelle Simmonsการดำเนินการเพื่อให้คอมพิวเตอร์ควอนตัม Kane เป็นจริงได้กลายเป็นความพยายามหลักในการคำนวณควอนตัมในออสเตรเลีย[ ^{2 ] นัก}ทฤษฎีได้เสนอแนวทางหลายประการเพื่อปรับปรุงการอ่านค่า ในเชิงทดลอง การวางอะตอมฟอสฟอรัสด้วยความแม่นยำระดับอะตอมได้สำเร็จโดยใช้ เทคนิค กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์ (STM) ในปี 2546 ^{[ 3 ]}การตรวจจับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเดี่ยวระหว่างกลุ่มฟอสฟอรัสผู้ให้ที่มีขนาดเล็กและหนาแน่นก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน ในขณะที่กลุ่มนี้ยังคงมองโลกในแง่ดีว่าสามารถสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม Kane ขนาดใหญ่ที่ใช้งานได้จริงได้ แต่คนอื่นๆ เชื่อว่าแนวคิดนี้จำเป็นต้องได้รับการปรับเปลี่ยน^{[ 4 ]}

ในปี 2020 Andrea Morelloและคนอื่นๆ ได้แสดงให้เห็นว่า นิวเคลียส แอนติโมนี (ที่มีสถานะสปินแปดสถานะ) ที่ฝังอยู่ในซิลิคอนสามารถควบคุมได้โดยใช้สนามไฟฟ้า แทนที่จะเป็นสนามแม่เหล็ก^{[ 5 ]}

• คอมพิวเตอร์ควอนตัมคิวบิตสปิน
• คอมพิวเตอร์ควอนตัมเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์