Roadmap on Atomic-scale Semiconductor Devices（原子级半导体器件路线图）

半导体中的自旋状态为量子比特提供了异常稳定和抗噪声的环境，使其成为可靠量子计算技术的最佳候选。凯恩于 1998 年提出的利用硅中供体原子的核自旋和电子自旋的提议引发了一个新的研究领域，该领域专注于利用扫描隧道显微镜和离子注入精确定位量子器件中的单个杂质原子。

这篇路线图文章回顾了凯恩（Kane）提出这一提议以来 25 年的进展、当前的挑战以及原子级半导体器件制造和测量的未来方向。它涵盖了创建硅基量子计算机的探索，并扩展到包括各种材料系统和制造技术，突出了广泛的半导体量子技术应用的潜力。关键发展包括硅器件中的磷，例如单原子晶体管、阵列式少供体器件、一和两量子比特门、三维架构，以及未来量子集成电路工具箱的开发。

该路线图还探索了砷和锑等新杂质物种，以提高可扩展性和高维自旋系统，探索掺杂剂前体和光刻胶的新化学性质，以及基于锗的器件的潜力。本文讨论了光子光刻和电子束操控等新兴方法的颠覆性潜力。该路线图描绘了可扩展量子计算和先进半导体量子技术的发展路径，强调了实验、技术开发和理论之间的关键交叉点。