Dephasing of Exchange-coupled Spins in Quantum Dots for Quantum Computing
半导体量子点中的自旋量子比特为量子信息处理带来了可扩展性和长相干时间的希望。一种重要的半导体量子比特系统是捕获两个电子或空穴的双量子点，其自旋态编码通过交换相互作用耦合的单重态-三重态量子比特或两个单自旋量子比特。本文报道了双量子点中两个交换耦合自旋的自旋退相研究进展。我们首先讨论了基于交换作用的门定义量子点或施主原子中的双量子比特门和量子比特编码方案。然后，我们报道了单重态-三重态量子比特和双量子比特门的自旋退相研究进展。进一步讨论了抑制自旋退相的方法。对自旋退相的理解可以为实现基于自旋的量子计算的高保真量子门提供见解。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling Spin Qubits in Quantum Dots
我们回顾了自旋电子学在量子计算中的进展，其中量子比特（qubit）是用电子自旋实现的。我们计算了耦合量子点的交换相互作用，并给出了实验，其中交换耦合是通过传输来测量的。然后，单自旋点上的实验进行了描述，其中长自旋弛豫时间，在毫秒的顺序，观察。我们认为自旋轨道相互作用的自旋退相干的来源，从理论上发现，也长的退相干时间预期。此外，我们描述了使用量子点的自旋过滤的概念，并显示成功的实验数据。我们还展示了自旋量子位的读出方案的实现，并定义了如何以高精度测量量子位。然后，我们提出了新的实验，其中自旋退相干时间和拉比振荡的单电子可以通过量子点的电荷输运测量。最后，这些研究成果在传统信息处理和量子信息处理方面都有着广阔的应用前景。
2004-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically-protected resonant exchange qubits in triple quantum dots
提出了一种利用三重量子点中的三个自旋组成的量子比特进行量子计算的调制微波方法。这种方法包括单量子位和双量子位门，由于对高频电场具有窄带响应的操作点，这些门被保护免受低频电噪声的影响。此外，现有的双量子点进展，包括通过自旋到电荷转换的稳健制备和测量，可以立即应用于新的量子位。最后，高频耦合中隐含的电偶极子项使超导微波谐振器能够实现强耦合，从而产生更强大的双量子比特门。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Production of multipartite entanglement for electron spins in quantum dots
我们提出了如何利用系统中自然存在的单量子比特旋转和两量子比特海森堡交换相互作用在量子点链中产生真正的电子自旋量子比特的多体纠缠。我们表明，所需的操作，以产生纠缠态的GHZ-，集群和W-型的尺度与量子比特的数量呈线性关系的最小数量，并估计所产生的纠缠集群状态的量子数。由于所需的单量子比特和双量子比特操作最近已经实现，我们提出的方案开辟了与电子自旋量子比特的多体纠缠的实验研究的方式。
2007-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fully tunable hyperfine interactions of hole spin qubits in Si and Ge quantum dots
空穴自旋量子比特是可扩展量子计算机的前沿平台，但最先进的设备受到来自与核缺陷的超精细相互作用的噪声的影响。我们发现，这些相互作用具有高度可调的各向异性，这是由设备设计和外部电场控制。这种可调谐性使得超精细噪声被抑制了一个数量级并且与同位素纯化的材料相当的最佳点成为可能。我们确定了令人惊讶的简单设计，其中量子位是高度相干的，并且在很大程度上不受电荷和超精细噪声的影响。我们发现，细长量子点典型的大自旋轨道相互作用不仅加快了量子位操作，而且还显着地重新规范化超精细噪声，定性地改变了驱动量子位的动力学，提高了量子位门的保真度。我们的研究结果可以作为设计高性能量子比特以扩大量子计算机的指导方针。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity quantum gates in Si/SiGe double quantum dots
受Zajac等人最近实验的启发。[arXiv：1708.03530]，我们在理论上描述了高保真双量子位门，使用受磁场梯度影响的相邻量子点中自旋之间的交换相互作用。我们使用分析计算和数值模拟相结合，以提供最佳的脉冲序列和门操作的参数设置。我们提出了一种新的同步方法，它避免了在门操作过程中有害的自旋翻转，并提供了有关相位失配的细节积累在两个量子位门发生由于剩余的交换相互作用，非绝热脉冲，和非共振驱动。通过调整选通时间，同步谐振和非谐振转换，并通过相位控制补偿这些相位失配，可以显著提高整体选通保真度。
2017-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast Two-Qubit Gates in Semiconductor Quantum Dots using a Photonic Microcavity
量子计算的实现需要快速的单量子位和多量子位量子门操作。在光控量子点量子比特的情况下，满足量子计算中所有要求的远程两个或多个量子比特操作的理论设计还不可用。我们已经开发了一种快速，远程两量子比特门的设计，通过使用量子点腔系统的激发态的光子微腔模式介导，以满足这些需求。这种设计不需要相同的量子位，它与可用的光诱导单量子位操作兼容，并且它为可扩展的架构提供了机会。我们表明，门保真度可以超过90%的实验访问系统。
2013-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin qubit gates via phonon buses in electron nanowires
Blackett Laboratory, Imperial College London（帝国理工学院布莱克特实验室）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文系）；School of Basic Sciences, Indian Institute of Technology, Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔基础科学系）；Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London（伦敦大学学院电子电气工程系）；London Centre for Nanotechnology, University College London（伦敦大学学院纳米技术研究中心）；Cavendish Laboratory, Department of Physics, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许物理学实验室）；CPHT, CNRS, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（巴黎综合理工学院高等应用物理中心，法国国家科学研究中心）
研究利用电子纳米线实现量子点间自旋-自旋耦合，实验参数下耦合强度超过30MHz，为可扩展量子计算架构提供新方法。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley pair qubits in double quantum dots of gapped graphene
石墨烯的兴起为量子位实现打开了新的大门，如最近在带隙石墨烯的双量子点中的谷对量子位的提议中所讨论的（Wu等人，arXiv：1104.0443 [cond-mat.mes-hall]）。这里的工作提出了全面的理论基础的建议。它讨论了在这种结构中电子与外部磁场和电场的相互作用。具体来说，它研究了一个强大的，独特的机制，即，一阶相对论效应的类似物。这种机制是状态混合自由，并允许，与电可调交换耦合，一个快速，全电操纵量子位通过电子门，在时间尺度为ns。这项工作还研究了典型情况下的容错问题，在10 oK时产生长量子位相干时间（~O（ms））。
2011-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlled phase gate in exchange coupled quantum dots affected by quasistatic charge noise
针对半导体量子比特中电荷噪声影响两比特门保真度的问题，研究了准静态失谐噪声对双量子点自旋比特受控相位门的作用，推导了弱噪声下相关解析表达式并验证了序列保真度指数衰减规律仍成立。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fully tunable longitudinal spin-photon interactions in Si and Ge quantum dots
硅和锗量子点中的自旋量子位是量子计算的有前途的平台，但是在微米距离上纠缠自旋量子位仍然是一个关键的挑战。目前的原型架构最大限度地提高了量子比特和微波谐振器之间的横向相互作用，其中自旋状态被近共振光子翻转。然而，这些相互作用会导致量子位的反作用，产生不可避免的残余量子位-量子位耦合，并显着影响栅极保真度。引人注目的是，当自旋光子相互作用是纵向的，光子耦合到量子位的相位时，剩余耦合消失了。我们表明，大的纵向相互作用自然出现在国家的最先进的空穴自旋量子比特。这些相互作用是完全可调的，并且可以通过外部振荡电场进行参数调制。我们提出了现实的协议来测量这些相互作用，并实现快速和高保真的两量子比特纠缠门。这些协议也能在高温下工作，为实现大规模量子处理器铺平了道路。
2022-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Reconfigurable Gate Architecture for Si/SiGe Quantum Dots
我们展示了一个可重构的量子点门架构，包括两个可互换的传输通道。一个通道用于形成量子点，另一个用于电荷感测。量子点传输通道可以支持单个或双量子点。我们证明了几个电子占领在一个单一的量子点和提取充电能量高达6.6毫电子伏。磁谱仪用于测量35-70微电子伏特范围内的谷分裂。通过激励两个额外的栅极，我们形成了一个少电子双量子点，并展示了可调隧道耦合在（1，0）到（0，1）点间电荷跃迁。
2015-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Dots / Spin Qubits
半导体量子点中的自旋量子比特代表了构建量子计算机的一个重要的固态量子比特家族。当电子或空穴被限制在半导体的静态势阱中时，它们就形成了，这给了它们一个量子化的能谱。最简单的自旋量子比特是位于量子点中的单电子自旋，但已经开发了许多其他品种，有些在多个量子点中包含多个自旋，每种都有不同的优点和缺点。虽然这些自旋在许多方面都是简单的量子系统，但由于它们的半导体环境，它们也会经历复杂的影响。它们可以根据它们的配置由磁场和电场两者控制，并且因此由磁场和电场噪声去相位，其中不同类型的自旋量子比特具有不同的控制机制和噪声可分辨性。虽然最初的实验主要是在砷化镓（GaAs）基材料中进行的，但硅量子比特已经有了很大的发展，并且对金属氧化物半导体（Si-MOS）、硅/硅锗（Si/SiGe）异质结构和硅中施主的量子比特的研究也在进行中。越来越多的自旋量子比特种类已经获得了足够低的错误率，以与单量子比特门的量子纠错兼容，并且已经在几个中执行了双量子比特门，成功率或准确率为90- 95%。
2022-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-Valley Qubit Dynamics In Exchange Coupled Silicon Quantum Dots
谷态的存在是在硅量子点中实现量子信息技术的一个重大障碍，因为泄漏到交替的谷态中会将误差引入计算。我们用微扰分析方法研究了具有谷自由度的交换耦合量子点的动力学。我们发现，如果谷分裂是大的，电子没有被适当地初始化到谷本征态，那么系统的时间演化将导致自旋谷纠缠。如果谷分裂很小，电子没有初始化到相同的谷态，也会发生自旋谷纠缠。此外，我们还发现，对于小的谷分裂，自旋谷纠缠不影响两个量子比特系统的测量概率;然而，具有更多量子比特的系统将受到影响。这意味着在双量子比特系统中测量的双量子比特门的量子数可能会错过谷自由度的影响。我们的工作表明，即使在系统温度很低的情况下，谷的存在也可能对多量子比特的量子性产生不利影响。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Squeezed hole spin qubits in Ge quantum dots with ultrafast gates at low power
平面锗异质结构中的空穴自旋量子比特是可扩展量子计算机的前沿平台之一。在这些系统中，自旋轨道相互作用允许有效的全电量子位控制。我们提出了一个最小的设计修改的平面设备，增强这些相互作用的数量级，并使低功耗超快量子比特操作在GHz范围内。我们的方法是基于一个不对称的潜力，强烈挤压量子点在一个方向上。这种约束诱导的自旋轨道相互作用不依赖于器件的微观细节，如生长方向或应变，并且可以在最先进的量子位中按需打开和关闭。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-Qubit Pulse Gate for the Three-Electron Double Quantum Dot Qubit
栅控双量子点的三电子结构为量子信息处理提供了一种很有前途的量子比特。我提出了一个两量子比特纠缠门使用脉冲门控操作程序。高保真纠缠操作的要求相当于已成功实现的脉冲选通单量子位操作的要求。这种双量子比特门完成了三电子双点量子比特的全脉冲门控操作的通用集合，并为实现量子计算的可扩展设置铺平了道路。
2015-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Crosstalk analysis for simultaneously driven two-qubit gates in spin qubit arrays
当放大基于量子调制器的量子处理器时，挑战之一在于存在由相邻量子位上的控制操作引起的串扰误差。在以前的工作中，自旋量子位阵列中的串扰已经研究了非驱动的单量子位接近单独驱动的量子门和两个同时驱动的单量子位门。然而，同时门并不限于单量子位操作，还包括经常使用的双量子位门，如CNOT门。我们分析了串扰驱动对量子位操作的影响，例如CNOT和CPHASE门。我们调查的情况下，并行$Y$和CNOT门，我们还考虑了两个平行的CNOT门的二维排列，并发现不可避免的串扰。为了最大限度地减少串扰误差，我们开发了适当的控制协议。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Suppression of leakage for a charge quadrupole qubit in triangular geometry
我们提出了一个简单而有效的策略，以抑制泄漏的电荷四极量子比特系统中的点在一个三角形，而不是原来设想的线性几何形状。我们发现三角形三重量子点中两个最外量子点之间的隧道耦合被放大，从而通过分离泄漏态和量子比特态来减少泄漏。我们已经发现，泄漏可以抑制多达五个数量级时，点形成等边三角形，进一步提高控制精度可能，如果复合脉冲施加。
2019-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast high-fidelity entangling gates for spin qubits in Si double quantum dots
在硅双量子点的单电子自旋量子比特中实现高保真双量子比特门仍然是一个重大挑战。在这项工作中，我们采用分析方法来设计控制脉冲，为基于该平台的量子计算机生成高保真纠缠门。使用现实的参数，并最初假设一个无噪声的环境，我们提出了简单的控制脉冲，产生CNOT，CPHASE，CZ门的平均精度大于99.99%，门时间短至45 ns。此外，使用系统的演化算子的局部不变量，我们表明，一个简单的方波脉冲产生的CNOT门在小于27 ns，保真度大于99.99%。最后，我们使用相同的分析方法来生成局部等效于$\sqrt{\mathrm{CNOT}}$和$\sqrt{\mathrm{CZ}}$的两个量子比特门，用于实现简单的两段脉冲序列，在低频噪声存在下产生高保真CNOT和CZ门。
2019-07-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Landau-Zener Transitions in Spin Qubit Encoded in Three Quantum Dots
我们研究了三个相干耦合的三电子量子点中交换自旋量子比特的产生和动力学。对于线性和三角形两种几何结构的系统，量子比特态的产生和相干控制由朗道-齐纳跃迁完成。在三角形的情况下，两个量子比特状态是等价的，并且可以很容易地生成系统的特定对称性。如果其中一个点比其他点小，则可以观察到拉比振荡，这可以用于量子比特状态的相干操纵。线性系统更容易制造;然而，量子比特状态不等价，使得量子比特操作更难以控制。
2016-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Protocol for a resonantly-driven three-qubit Toffoli gate with silicon spin qubits
三量子比特Toffoli门在量子纠错和复杂的量子算法（如Shor的因子分解算法）中起着重要的作用，激发了对这种门的有效实现的搜索。本文介绍了一种适用于硅量子点阵列中交换耦合电子自旋量子比特的Toffoli门。我们的协议是一个自然的延伸，以前证明了硅自旋量子位的共振驱动CNOT门。它是基于一个单一的交换脉冲与谐振微波驱动相结合，与操作时间的顺序为100纳秒和保真度超过99%。我们分析了校准误差和1/f噪声对门保真度的影响，并将门性能与由双量子位门合成的Toffoli门进行了比较。我们的方法很容易推广到其他受控的三量子比特门，如Deutsch和Fredkin门。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Double-Occupancy Errors, Adiabaticity, and Entanglement of Spin-Qubits in Quantum Dots
量子门为了交换耦合量子点中的电子自旋而暂时增加单重态-三重态分裂，不可避免地导致两个量子点的有限双占据概率。通过求解耦合点模型的含时薛定谔方程，我们证明了这并不一定会导致量子计算误差。相反，耦合点的基态的演变为典型的系统参数，使在交换完成时的双占用概率是可以忽略不计的小。我们引入了一种纠缠度量，它明确地考虑了双占据的可能性，并提供了一个纠缠态的充分必要条件。
2000-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum gates in coupled quantum dots controlled by coupling modulation
Instituto de Modelado e Innovación tecnológica, CONICET-UNNE, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura, Universidad Nacional del Nordeste（国家科学技术研究委员会-内格罗河大学建模与创新技术研究所，自然科学与测量学院，东北国立大学）
通过调制耦合实现量子门控制，用于量子计算中的单量子位和纠缠门操作。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable anisotropic exchange coupling between spin qubits in quantum dots
量子点自旋量子比特之间的交换耦合是各向同性的，这限制了可以形成的量子门的类型。在这里，我们提出了一种方法，用于控制自旋之间的各向异性相互作用安排在总线几何。对称性被外部磁场打破，导致XXZ型相互作用，可以有效地生成Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态或用于仅交换量子计算的通用门集。总线基态的分析提供了量子临界现象和通信能力之间的联系。
2011-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin qubit shuttling through germanium quantum dots
本研究展示在锗量子点中，自旋量子比特可穿梭超过300微米并保持相干性，为寄存器内路由及寄存器间量子链路提供有效方法。
2023-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-qubit DC gates over an inhomogeneous array of quantum dots
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
本研究提出在非均匀量子点阵列上通过直流演化实现多量子比特门，发展了基于微扰处理的门分解与误差优化形式体系，展示了其在量子纠错和算法中的加速潜力。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-qubit logical operations in three quantum dots system
我们考虑一个两个相互作用的常开的、只交换的量子比特的模型，对于该模型，受控相位（$CPHASE$）、受控非（$CNOT$）、量子傅里叶变换（$QFT$）和$SWAP$操作只能在纳秒时间尺度内的几个电脉冲中实现。每个量子比特由三个三角形几何形状的量子点（TQD）组成，三个电子自旋始终仅通过交换相互作用保持耦合。量子比特状态被编码在一个双重子空间中，并且完全由施加到栅电极上的电压进行电气控制。两个量子位量子门通过短电脉冲来实现，该短电脉冲改变了TQD的三角对称性并开启了量子位之间的交换相互作用。我们发现了一个最佳的配置来实现的$CPHASE$门的顺序为2.3 ns的单脉冲。使用这个门，结合单量子比特操作，我们寻找最佳条件来执行其他门：$CNOT$，$QFT$和$SWAP$。我们的研究也考虑了环境影响和泄漏过程。结果表明，该系统可以实现容错量子计算。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust implementation of quantum gates despite always-on exchange coupling in silicon double quantum dots
在（1，1）电荷配置中的硅双量子点设置中的自旋量子位的可寻址性依赖于在电子的塞曼分裂之间具有大的差异。当差异不是足够大时，旋转波近似变得不准确。我们考虑在这种制度下工作的设备，始终在交换耦合，并描述如何CZ门和任意的一个量子比特门，这是强大的电荷噪声可以通过平滑地脉冲微波源，同时消除串扰来实现。我们发现，最显着的偏离旋转波近似，这是类似的布洛赫Siegert移位在一个两级系统，可以使用本地虚拟门补偿。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Qubits in Multi-Electron Quantum Dots
我们研究了介观涨落对量子点自旋量子比特交换操作中可能发生的误差大小的影响。通过常数相互作用模型，利用实际参数，研究了中等尺寸的双量子点，每个量子点中的电子数在几十个范围内。据发现，具有短脉冲和小误差的约束意味着保持精确的控制，在百分之几的水平，几个电极电压。在实践中，每个点应该调整的独立参数的数量取决于配置，范围从一到四。
2004-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-induced relaxation and decoherence times of the hybrid qubit in silicon quantum dots
我们从理论上研究了硅中混合量子比特的声子诱导弛豫和退相干过程。当失谐量接近零时，混合量子比特表现为电荷量子比特，而对于大失谐量值，混合量子比特表现为自旋量子比特。它是从静电定义的双量子点开始实现的，其中三个电子被限制并仅通过电调谐来操纵。通过采用三能级量子比特有效模型和描述的环境浴作为一系列的谐振子在热平衡状态，我们提取的弛豫和退相干时间的函数浴光谱密度和浴温度使用布洛赫Redfield理论。对于Si量子点，能量色散受到谷的物理学的强烈影响，即导带最小值，因此我们在分析中还包括谷激发的贡献。我们的研究结果提供了基本的信息时，不可避免的与环境的相互作用，并考虑温度的影响系统的退相干特性。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin qubits in double quantum dots - entanglement versus the Kondo effect
我们研究了不同拓扑结构的导线上的双量子点中两个自旋量子比特的对纠缠和每个自旋与附近电极的单独纠缠之间的竞争。纠缠的普遍行为依赖于自旋量子比特之间的相互作用，与它们的环境，温度和磁场的耦合。量子相变的结果是，当量子点并联耦合时，会发生完全纠缠态和非纠缠态之间的突然切换。
2006-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Fast microwave-driven three-qubit gates for cavity-coupled superconducting qubits
虽然单量子比特和双量子比特门对于通用量子计算是足够的，但是单发三量子比特门极大地简化了量子纠错方案和算法。我们设计了一种基于微波脉冲的快速、高保真的三量子比特纠缠门，用于通过超导谐振器耦合的transmon量子比特。我们表明，当量子比特间的频率差与单量子比特非谐性相当时，错误主要是通过一个不必要的过渡发生的。这一特性使得基于简单分析脉冲形状的快速三量子位门的设计成为可能，这些脉冲形状被设计成最小化此类误差。我们表明，一个三量子位ccz门可以在260 ns的结晶度超过$99.38\%$，或$99.99\%$与数值优化。
2016-12-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anomalous zero-field splitting for hole spin qubits in Si and Ge quantum dots
最近在锗量子点中测量到自旋三重态在零磁场下的反常能量劈裂。这种零场分裂可能会严重改变隧道耦合量子点之间的耦合，这是最先进的基于自旋的量子处理器的基本组成部分，对半导体量子计算机具有深远的影响。我们建立了一个分析模型，将零场分裂与动量立方的自旋轨道相互作用联系起来。这种相互作用自然出现在空穴纳米结构中，它们也可以通过外部电场进行调谐，我们发现它们在硅和锗中特别大，导致$μ$ eV范围内的显著零场分裂。我们通过对不同量子点的数值模拟证实了我们的分析理论，还包括其他可能的零场分裂源。我们的研究结果适用于目前编码自旋量子位的各种架构，并提供了对这些材料的更深入了解，为下一代半导体量子处理器铺平了道路。
2022-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pulse-controlled qubit in semiconductor double quantum dots
我们提出了一个数值优化的单电子电荷量子比特的量子控制的多脉冲框架。我们的框架定义了一组脉冲序列，必要的理想量子位基的操作，避免与计算子空间以外的激发相关的错误。一种新的控制方案可以自动操纵量子位，同时保持高速和执行一般单量子位旋转的能力。该基础生成空间局域化的逻辑量子比特状态，使得读出简单明了。我们考虑实验现实的半导体量子比特有限的脉冲上升和下降时间，并确定最快的脉冲序列产生最高的保真度。我们表明，我们的协议导致改进的量子位的控制。我们提出了一个双量子点在半导体器件的模拟可视化和验证我们的协议。这些结果可以推广到其他物理系统，因为它们只依赖于脉冲上升和下降时间以及两个最低本征态之间的能隙。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-assisted relaxation and decoherence of singlet-triplet qubits in Si/SiGe quantum dots
从理论上研究了SiGe/Si/SiGe异质结构中横向双量子点中两个电子自旋态的声子诱导弛豫和退相干。我们考虑了两种类型的单重态-三重态自旋量子比特，并使用布洛赫-雷德菲尔德理论计算了它们的弛豫和退相干时间，特别是作为能级杂化、温度、磁场、自旋轨道相互作用和量子点之间失谐的函数。我们发现，磁场梯度，这通常是用来操作自旋量子比特，可以减少弛豫时间超过一个数量级。使用这种见解，我们确定了一个最佳的制度，其中的磁场梯度不会影响的弛豫时间显着，我们提出了制度的最长衰减时间。我们考虑到单声子和双声子过程的影响，并建议如何我们的理论可以通过实验进行测试。我们在这里发现的Si基量子点的自旋寿命明显长于GaAs量子点。
2018-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Compact silicon double and triple dots realized with only two gates
我们报告电子输运硅双和三重点创建优化数量的两个门。使用氮化硅间隔物，在与硅纳米线重叠的两个顶栅下方创建串联的两个点。点之间的耦合由栅极电压控制。第三个点是由栅极电压或局部掺杂的组合作用，这取决于间隔物的长度。对三点稳定图的主要特征进行了定量拟合。
2010-05-31 cond-mat.mes-hall
Cancellation of Spin-Orbit Effects in Quantum Gates Based on the Exchange Coupling in Quantum Dots
我们研究了自旋-轨道相互作用对基于自旋交换耦合的量子门操作的影响，其中量子比特由量子点或类似纳米结构中的电子自旋表示。我们的主要结果是在交换和自旋轨道相互作用的脉冲形状相同的理想情况下，在产生量子异或门的序列中的自旋轨道效应的精确抵消。对于非理想的情况下，两个脉冲形状可以几乎相同，门误差被两个小参数，自旋轨道常数和两个脉冲形状的偏差强烈抑制。我们表明，偶极-偶极相互作用只会导致非常小的错误，在异或门。
2002-02-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-Qubit Gates for Resonant Exchange Qubits
一种新的方法来单量子比特操作使用交换相互作用的单电子在门定义的量子点最近被证明：共振交换量子比特。我们表明，两个量子位操作，特别是CPHASE门，可以非常直接地在谐振交换量子位之间进行，使用单个交换脉冲。这与用于交换量子位的最佳已知协议形成鲜明对比，其中这种门需要许多脉冲，使得可以克服由交换相互作用引起的泄漏过程。对于谐振交换量子位，简单的两量子位门是可能的，因为在这种操作模式下，能量守恒抑制了泄漏。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interfacing spin qubits in quantum dots and donors - hot, dense and coherent
半导体自旋是为数不多的量子比特实现之一，仍然是大规模量子线路实现的重要候选者。基于传统半导体集成电路的成功，通常认为由光刻定义并通过电信号控制的自旋量子比特具有良好的可扩展性。然而，量子线路的布线和互连要求与经典电路的布线和互连要求完全不同，因为单个DC、脉冲以及在某些情况下微波控制信号需要从外部源路由到每个量子位。由于这些自旋量子比特当前在低于100 mK的温度下工作的要求，这进一步复杂化。在这里，我们回顾了几种策略，被认为是解决这个关键的挑战，在缩放量子线路的基础上电子自旋量子比特。自旋量子比特的关键资产包括在1至4 K下运行的潜力，量子点或供体的高密度以及根据需要将它们分开的可能性，极长的自旋相干时间，以及基于相同技术与经典电子集成的丰富选择。
2016-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlled-Not Quantum Logic Gate in Two Strongly Coupled Semiconductor Charge Qubits
可扩展量子信息处理的一个关键要求是实现多量子位量子门。通用多量子位门可以由一组通用单量子位门和任何一种双量子位门（如受控非（CNOT）门）实现。半导体量子点量子比特由于其大规模集成的潜力而成为量子计算物理实现的主要途径。到目前为止，双量子位门操作仅在基于单个电子自旋的量子点系统中得到证明。由于去相干时间相对较短，量子点中的电荷量子比特通常被认为是优于单量子比特水平的。在这里，我们展示了基准CNOT门在两个电容耦合的电荷量子比特，每个由一个电子限制在GaAs/AlGaAs双量子点。由于量子比特间的强耦合，门操作的时钟速度可达5GHz。一个处理层析成像显示，通用的两个量子位门操作具有可比的双量子位门的自旋。我们的研究结果表明，半导体电荷量子位在可扩展的量子计算方面具有相当大的潜力，并且可能会刺激远程库仑相互作用在其他设备中用于相干量子控制。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically-gated resonant emission in single quantum dots
我们报道了相干驱动的单半导体量子点的共振辐射。我们证明了超弱非共振激光作为量子点共振响应的光门。我们表明，门激光器抑制库仑阻塞在共振发射淬灭的起源，和光选通量子点系统地表现为理想的两个层次的系统在这两个制度的相干和非相干共振发射。
2011-09-20 cond-mat.mes-hall
Benchmarking Coherent Errors in Controlled-Phase Gates due to Spectator Qubits
操作多量子比特量子处理器的主要挑战是减轻多量子比特相干错误。对于超导电路，除了由控制线的不完全隔离引起的串扰之外，量子位之间的色散耦合是多量子位相干误差的主要来源。我们基准相位误差在受控相位门由于色散耦合的任一量子比特参与一个或多个旁观者量子比特的门。我们使用量子过程层析术测量相关的门不保真度。此外，我们指出，由于门量子位在门期间耦合到非计算状态，两量子位条件相位误差会增强。我们的工作是重要的理解限制的保真度的两个量子比特门有限的开/关比在多量子比特设置。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Crosstalk analysis for single-qubit and two-qubit gates in spin qubit arrays
按比例放大自旋量子位系统需要高保真的单量子位和双量子位门。已经在基于硅的单量子点和双量子点中证明了超过$98\%$的栅极异质性，而为了实现更大的量子位阵列，必须考虑对相邻量子位的串扰效应。我们利用一个简单的海森堡模型分析了在相邻量子比特上进行单量子比特和双量子比特操作时，串扰对量子比特质量的影响。此外，我们提出了驱动领域的条件，以鲁棒同步拉比振荡，避免串扰效应。在我们的分析中，我们还考虑了下一个最近邻串扰，并表明双同步导致的驱动场强度，交换相互作用，从而门时间的限制性选择。考虑到现实的实验条件，我们提出了一组参数值来执行几乎无串扰的CNOT门，从而打开了可扩展的量子计算设备的途径。
2021-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust Two-Qubit Gates for Exchange-Coupled Qubits
我们提出了复合脉冲序列，执行容错的两个量子比特门操作的交换只量子点自旋量子比特在各种实验相关的几何形状。我们展示了如何在仅交换系统中执行动态校正的双量子比特门，并取消了超精细误差项。这些脉冲序列被构造成符合严格非负耦合的现实实验约束。我们建立，我们提出的脉冲序列导致几个数量级的改善，在门保真度相比，他们的未校正的同行。结合单量子位动态校正门，我们的结果使抗噪声的通用量子操作与交换只量子位。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimized design of universal two-qubit gates
我们构建了CNOT和其他通用双量子位门的优化实现，与许多先前提出的协议不同，这些实现是在一个步骤中进行的。新协议需要可调的量子位间耦合，但作为回报，门操作的质量有了显着的改善。我们的优化过程可以进一步扩展到基本的双量子比特以及不可约的多量子比特门的组合。
2004-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Giant Rabi frequencies between qubit and excited hole states in silicon quantum dots
该研究理论上扩展了硅量子点中空穴自旋量子比特的跃迁分析至第一激发二重态，发现其拉比频率比基态高出数个数量级，且可通过偏压调谐，对多能级操控和多空穴编码有启示。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity and robust two-qubit gates for quantum-dot spin qubits in silicon
最近，在同位素富集硅中实现了一种双量子位控制非门（CNOT），该门由控制相位门和单量子位门组成，用于量子点自旋量子位。在实验中，单量子比特门已经被证明具有容错控制保真度，但是双量子比特C相门的不保真度主要是由于电噪声，仍然高于容错量子计算（FTQC）所需的错误阈值。在这里，考虑到现实的系统参数和实验上的限制的控制脉冲，我们构建实验可实现的高保真CNOT门强大的抗电噪声与实验测得的$1/f^{1.01}$噪声谱，也对点间隧道耦合幅度的不确定性。我们的最佳CNOT门有大约两个数量级的改善，在不考虑任何噪声影响的情况下构造的理想C相门的门失真。此外，在相同的控制框架内，还可以构建高保真和鲁棒的单量子比特门，为大规模FTQC铺平道路。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically induced spin gates in coupled quantum dots using the electron-hole exchange interaction
我们提出了一种快速光诱导双量子位\textsc{c-phase}门，它位于一对耦合量子点中的两个自旋之间。在两个点上延伸的激发束缚态提供了有效的电子-电子交换相互作用。电子-空穴交换相互作用使门成为可能，它隔离了系统中的单个跃迁。当与适当的单量子比特旋转相结合时，这个门产生两个自旋的纠缠态。
2008-09-11 cond-mat.mes-hall
Long-Range Interaction between Charge and Spin Qubits in Quantum Dots
我们分析并估计了由不同常用材料制成的量子点中不同类型的自旋量子比特之间通过浮动金属栅的长距离耦合。特别地，我们考虑了混合、单重态-三重态和自旋- $1/2$量子位，以及在GaAs、InAs、Si和$\mathrm{Si_{0.9}Ge_{0.1}}$中每种类型的这些量子位与另一种混合量子位之间的成对耦合。我们表明，只要量子点与金属栅极的距离足够小，混合量子位可以进行足够强的电容耦合，以实现双量子位栅极。因此，混合量子位是在半导体纳米结构中可扩展实施量子计算的良好候选者。
2017-04-21 cond-mat.mes-hall
Top-gate defined double quantum dots in InAs nanowires
本文介绍了金属有机物气相外延生长的InAs纳米线中双量子点的低温输运测量。两个点串联创建光刻定义的顶栅的过程中，不涉及额外的绝缘层。我们证明了从强到弱耦合点之间的完整的可调谐性。耦合的量子力学性质导致在两个点上延伸的分子状态的形成。单个点的激发光谱可通过它们在非线性输运中的特征来观察。
2006-09-19 cond-mat.mes-hall
Scanning gate microscopy of ultra clean carbon nanotube quantum dots
我们对单个悬浮的碳纳米管量子点进行扫描门显微镜。量子点的尺寸和位置可以从同心高电导环视觉上识别。对于本研究中使用的超净器械，明确识别出两种新效应。静电屏蔽从单个量子点产生不重叠的多组库仑环。在双量子点中，通过改变尖端电压，量子点之间的相互作用可以从弱耦合区调谐到强耦合区。
2015-08-22 cond-mat.mes-hall
Palladium gates for reproducible quantum dots in silicon
我们用钯制成的栅极取代了硅中形成量子点的既定铝栅极。我们用透射电子显微镜研究了铝栅和钯栅的形貌。发现在铝栅极周围形成了原生氧化铝，这可能导致形成无意的点。因此，我们报告了一种新的制造路线，取代铝及其原生氧化物的钯原子层沉积生长的氧化铝。使用这种方法，我们表明，形成低无序门定义的量子点，这是可重复制造。此外，钯使我们能够进一步缩小栅极设计，使我们能够执行电子输运测量在少电子制度的设备，包括只有两个栅极层，一个重大的技术进步。还有待观察的是，引入钯栅极是否可以改善用铝栅极堆叠限定的电子和核自旋量子位的优异结果。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall
Excitonic absorption in gate controlled graphene quantum dots
我们提出了一个理论的激子过程中的栅极控制的石墨烯量子点。预测了具有多达百万个原子的石墨烯量子点的能隙对形状、尺寸和边缘的依赖性。结合紧束缚、Hartree-Fock和组态相互作用方法，我们发现具有锯齿形边缘的三角形石墨烯量子点在太赫兹、可见光和紫外光谱范围内同时表现出光学跃迁，这是由强的电子-电子和激子相互作用决定的。预测了光学性质与有限磁矩和外栅控制的电荷密度之间的关系。
2010-07-20 cond-mat.mes-hall
Towards Quantum Repeaters with Solid-State Qubits: Spin-Photon Entanglement Generation using Self-Assembled Quantum Dots
在本章中，我们将回顾使用旋在光学活性InAs量子点作为构建量子中继器的关键物理构建块，特别关注最近的结果表明量子存储器（电子自旋量子比特）和飞行量子比特（偏振或频率编码光子量子比特）之间的纠缠。这是展示远程量子存储器（用量子点实现）之间纠缠的第一步，这反过来又是构建功能性量子中继器路线图的里程碑。我们还通过概述量子中继器，其潜在用途以及实施它们所面临的挑战，将这项实验工作置于背景中。
2015-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
