Forrás: TU Delft

A múltkor megismerkedtünk az egyelektron-tranzisztorok elvi alapjaival. De vajon miként lehetne egy ilyen eszközt előállítani. Nos, ha nem ragaszkodunk ahhoz, hogy rögtön többmilliárd ilyen tranzisztort tartalmazó processzort fabrikáljunk, akkor már ma is meglepően sokféleképpen készíthetünk egyelektron-tranzisztort. Ezek közül most csak a laterális félvezető kvantum dotokkal foglalkozunk részletesebben. Ezek a dotok félvezető (elsősorban gallium-arzenid) alapú heterostruktúrákban hozhatók létre: egy ilyen eszköz keresztmetszetét láthatjuk jobbra. A részletektől nagyvonalúan tekintsünk most el, azt jegyezzük meg, hogy kedvenc elektronjaink energetikai okokból csupán a pirossal jelzett tartományban mozoghatnak, se föl, se le, azaz síkban, szebben mondva két dimenzióban. Ez a nevezetes kétdimenziós elektrongáz, angol betűszóval 2DEG.

Forrás: Universität Bonn

Ha most az egész struktúra tetejére elektródákat párologtatunk, majd az elektródákra negatív feszülstéget kapcsolunk, akkor a kétdimenziós elektrongázt alakítani tudjuk. A negatív feszültség alatt levő elektródák ugyanis taszítani fogják a negatív töltésű elektronokat, így azok alatt „kiürül” a 2DEG. Létrehozhatók így kisméretű szigetek (amint azt a bal oldali sematikus ábra mutatja), melyeket az oda zárt elektronok nem hagyhatnak el, csak ha megfelelően változtatjuk az elektródákra kapcsolt feszültséget. Akár egyesével is változathatjuk a doton levő elektronok számát. Mondtam: tisztára, mint a birkák.

 De mire jó mindez? Először is: rendkívüli a töltésérzékenysége. Ha az elektronok számlálásával már beteltünk,  akkor a dotot elhangolhatjuk (az elektródák feszültségének változtatásával, természetesen) egy másik tartományba, ahol is a kapuelektródán megjelenő fél elektronnyi töltés 10¹⁰ e/s áramot tud be- illetve kikapcsolni.  Ez mintegy öt nagyságrenddel haladja meg a hagyományos FET tranzisztorok képességeit. Egyik alkalmazási lehetőség tehát rögtön kínálja magát: töltésdetektorokban használhatunk egyelektron-tranzisztort. És processzorokban? Nos, sajnos nem. A kvantumfluktuációk elnyomásához ugyanis nagy ellenállású kontaktusok kellenek, s ez a nagy ellenállás lassú működést eredményez, körülbelül 100-szor lassabbat, mint amit a jelenlegi CMOS áramkörök tudnak. Nem cserélhetjük tehát le a jelenlegi processzorok tranzisztorait egyelektron-tranzisztorokra.

 Eredendően kvantummechanikai viselkedése miatt azonban lehetőség nyílik koncepcionálisan új alkalmazások megvalósítására. Valahogyan ki kellene használni a lehetőséget, hogy a doton akár egyetlen elektront is elkülöníthetünk a többiektől. Miért is építenénk kvantum dotokból klasszikus számítógépet? Építsünk inkább kvantumszámítógépet!