Excitonic Aharonov-Bohm Effect in Isotopically Pure 70Ge/Si Type-II Quantum Dots
本文报道了同位素纯70 Ge/Si自组装II型量子点的磁光致发光研究。同时观察到的振荡行为归因于Aharonov-Bohm效应的发射能量和强度的激子受到一个增加的磁场。当磁通量穿过围绕每个量子点移动的电子的环状轨迹时，激子的基态经历其角动量的变化。我们的结果为IV族Ge/Si自组装量子结构中局域电子波函数的相位相干性提供了实验依据。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall
A fault-tolerant addressable spin qubit in a natural silicon quantum dot
容错量子操作是量子计算发展的关键要求。这已经在各种固态系统中实现，包括为量子位提供核自旋自由环境的同位素纯化的硅，但不是在工业标准天然（未纯化）硅中。在这里，我们展示了一个可寻址的容错量子位使用一个天然的硅双量子点与微磁铁优化设计的快速自旋控制。这种优化的设计使我们能够实现最佳拉比振荡品质因数Q = 140，在拉比频率为10 MHz的频率范围内的两个数量级高于在以前的研究中实现的。这导致了99.6%的量子比特保真度，这是天然硅量子比特的最高报告，与同位素纯化的硅量子点量子比特相当。这一结果可以激发工业和量子计算社区的贡献。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall
Nuclear Spin-Depleted, Isotopically Enriched 70Ge/28Si70Ge Quantum Wells
本研究针对平面锗异质结构空穴量子位受核自旋退相干影响的问题，制备了同位素富集的70Ge/SiGe量子阱，大幅提升核自旋间距，为长相干量子位研发提供材料基础。
2023-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High mobility transport in isotopically-enriched $^{12}$C and $^{13}$C exfoliated graphene
本研究利用高压高温方法生长的同位素富集$^{12}$C和$^{13}$C石墨晶体剥离石墨烯层，制备的器件展现出超过$10^{5}$$\ extrm{cm}^{2}/Vs$的高迁移率，并观察到多种量子振荡效应，为同位素富集石墨烯量子比特的物理和工程研究提供了材料平台。
2023-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-frequency spin qubit detuning noise in highly purified $^{28}$Si/SiGe
最近，通过核同位素纯化，限制在$^{28}$ Si/SiGe量子点中的单电子量子比特门的操纵保真度得到了显著提高。在这里，我们确定了在具有嵌入式纳米磁体的器件中低频量子比特失谐噪声的主要来源，应变$^{28}$ Si量子阱层中的剩余$^{29}$ Si浓度仅为60 $\,$ ppm，并且自旋回波衰减时间为$T_2^{\text{echo}}=128\,μ$ s。电荷噪声的功率谱密度（PSD）解释了所观察到的$1/f^2$ -到$1/f$ -的失谐噪声PSD依赖性的转变，以及随着几个小时内测量时间的增加从$T_2^* \approx 20\,μ$ s观察到的时间系综自旋退相时间的减少。尽管它们有很强的超精细接触相互作用，但与势垒中的量子点重叠的几个$^{73}$ Ge核并不限制$T_2^*$，因为它们的动力学在几个小时的测量尺度上被冻结。我们认为电荷噪声和梯度磁场的设计是进一步提高量子比特保真度的关键。
2019-09-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong coupling of a spin qubit to a superconducting stripline cavity
研究了超导带状线腔中单自旋双量子点中的电子-自旋-光子耦合。随着外部磁场，我们表明，无论是自旋轨道相互作用（InAs）或非均匀磁场（Si和GaAs）可以产生一个强大的自旋光子耦合，与1 MHz的数量级的耦合强度。利用同位素纯化的Si双点，其具有非常长的电子自旋相干时间，可以达到自旋和腔光子之间的强耦合极限，如腔量子电动力学中那样。耦合强度和弛豫速率的计算基于现有设备的参数，使该建议在实验上可行。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Dynamics of Electron-Nuclei Coupled System in a Double Quantum Dot
研究了耦合双量子点中电子自旋与核自旋的超精细相互作用。连续的电子自旋测量结果表现出聚束由于通过核自旋诱导的相关性。进一步的核自旋可以通过条件电子自旋测量来纯化，这导致条件概率中的电子自旋恢复。电子自旋相干时间可以通过条件测量来延长。结果推广到单量子点上的单电子。
2006-09-12 cond-mat.mes-hall
Single-spin qubits in isotopically enriched silicon at low magnetic field
单电子自旋量子比特采用1特斯拉或更高量级的磁场，以使得能够经由自旋相关隧穿读出量子态。这需要用于相干自旋共振控制的苛刻的微波工程和用于电子库的显著的片上不动产，这两者都限制了大规模多量子比特系统的前景。或者，单重态-三重态（ST）读出使得能够在低得多的磁场中进行高保真自旋状态测量，而不需要储存器。在这里，我们展示了低场操作的金属氧化物硅（MOS）量子点量子位相结合的相干单自旋控制与高保真度，单发，保利自旋封锁为基础的ST读出。我们发现，在150 mT的低磁场下，量子比特的退相干速度更快，其中$T_{2}^{Rabi}=18.6$ ~ $μ$ s和$T_2^*=1.4$ ~ $μ$ s。它们的相干性受到同位素富集的$^{28}$ Si主体材料中的残留$^{29}$ Si核的自旋翻转的限制，所述自旋翻转在较低场更频繁地发生。我们的发现表明，需要新的权衡来确保自旋量子比特的频率稳定，并强调了设备衬底的同位素富集对于实现可扩展的硅基量子处理器的重要性。
2019-08-23 cond-mat.mes-hall
How NOT to build control-target gates in semiconductor quantum dots and beyond
University of Rochester（罗切斯特大学）；Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）
该研究针对半导体量子点器件架构无法高效实现CNOT等非对称控制-目标门的问题，提出异质双量子点器件蓝图，可在同位素纯化硅中实现单脉冲容错的100纳秒CNOT门。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantifying the quantum gate fidelity of single-atom spin qubits in silicon by randomized benchmarking
基于硅中单个31-P原子的电子和核自旋的相干控制和单次读出的演示，我们在这里提出了一个系统的实验估计量子门的精确度，使用Clifford组中的1-qubit门的随机基准测试。我们应用这种分析的电子和电离的31-P核的一个单一的P供体同位素纯化的28-Si。我们发现电子的平均门量子效率为99.95%，核自旋的平均门量子效率为99.99%.这些值高于特定的纠错阈值，并展示了硅中基于施主的量子计算的潜力。通过研究控制脉冲的形状和功率的影响，我们发现证据表明，目前对门保真度的限制主要与外部硬件有关，而不是量子比特的内在行为。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superradiant-like dynamics by electron shuttling on a nuclear-spin island
我们研究了单电子量子点中核自旋池的类超辐射动力学，通过考虑电子周期性地往返于同位素富集的“核自旋岛”。在均匀超精细相互作用的假设下，详细讨论了穿梭运动下的核自旋演化及其与超辐射的关系。我们推导出最小穿梭时间，允许逃脱绝热自旋演化。此外，我们讨论了附近的微磁体的非均匀磁场下的慢/快穿梭。最后，通过与静态量子点模型的比较，我们强调了非绝热穿梭在解除库仑阻塞从而建立类超辐射行为中所起的重要作用。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence of a driven electron spin qubit actively decoupled from quasi-static noise
半导体量子点中电子自旋量子比特的相干性主要受到低频噪声的影响。在过去的十年中，人们一直致力于通过材料工程来减轻这种噪声，从而大大提高了空闲量子位的自旋退相时间。然而，在尾旋操纵过程中，环境噪声的作用，它决定了控制保真度，是不太了解。我们展示了一个电子自旋量子比特，其在驱动演化中的相干性受到高频电荷噪声的限制，而不是任何半导体器件所固有的准静态噪声。我们采用了反馈控制技术来主动抑制后者，证明了在砷化镓量子点中的$π$ -翻转栅保真度与$99.04\pm 0.23\,\%$一样高。我们表明，驱动演化相干性是有限的拉比频率，其频谱类似于同位素纯化硅量子比特中观察到的$1/f$噪声的纵向噪声。
2020-03-13 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
High-fidelity gates in quantum dot spin qubits
已经提出了几种逻辑量子比特和量子门用于由施加到顶栅的电压控制的半导体量子点。不同的计划可能很难进行有意义的比较。在这里，我们开发了一个理论框架，以平等地评估不同的量子比特门控方案。我们将该方法应用于两种类型的双点量子比特：单重态-三重态（ST）和半导体量子点混合量子比特。我们研究了三种翻转量子比特状态的量子门：DC脉冲门，基于逻辑量子比特共振（LQR）的AC门，以及被称为受激拉曼绝热通道（STIRAP）的类似门的过程。这些门都是由交换相互作用介导的，该交换相互作用是使用点间隧道耦合$g$和失谐$ε$实验控制的，失谐设置了点之间的能量差。我们的程序有两个步骤。首先，我们优化门保真度（$f$）固定$g$作为其他控制参数的函数，这产生了一个$f^\text{opt}(g)$，是通用的不同类型的门。接下来，我们确定对控制参数的物理约束;这产生了特定于量子位门组合的上限$f^\text{max}$。我们表明，类似的门结晶度（$ \sim 99.5$ %）应可达到ST量子位在同位素纯化的硅，和混合量子位在天然硅。由于核自旋产生的波动磁场$ΔB$，GaAs器件获得了相当低的结晶度。
2013-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantifying error and leakage in an encoded Si/SiGe triple-dot qubit
量子计算需要满足经常相互冲突的标准的量子位，包括可扩展控制和持久的一致性。创建合适量子位的一种方法是在若干物理量子位的编码子空间中操作。虽然这种编码的量子比特可能特别容易泄漏出它们的计算子空间，但它们对某些噪声过程不敏感，并且还可以允许使用单一类型的纠缠相互作用进行逻辑控制，同时保持底层物理系统的有利特征。在这里，我们展示了一个量子比特编码的三个耦合电子自旋限制在门控，同位素增强硅量子点的子系统。使用修改后的“盲”随机基准协议，确定计算和泄漏错误，我们表明，酉操作的平均总误差为0.35%，其中0.17%来自泄漏驱动的相互作用与基板核自旋。该演示仅利用电压控制交换相互作用进行量子位操作，并突出了编码子系统的操作优势，预示着高质量编码多量子位操作的实现。
2018-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of Spin Relaxation in Two-Electron Lateral Coupled Si/SiGe Quantum Dots
给出了硅双量子点中声子诱导双电子自旋弛豫的高精度数值计算结果。弛豫，使自旋-轨道耦合和$^{29}$ Si（天然或纯化丰度）的核，研究实验相关参数，interdot耦合，磁场的大小和方向，和失谐。我们计算松弛率为零和有限的温度（100 mK），得出的结论是，我们的研究结果为零温度仍然定性有效，也为100 mK。我们确认相同的各向异性开关的轴的自旋寿命延长与不同的失谐最近在GaAs中预测。可能的超精细为主的弛豫的条件是更严格的Si比GaAs。对于实验相关的制度，自旋-轨道耦合，虽然弱，是占主导地位的贡献，产生各向异性弛豫率的至少两个数量级低于GaAs。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall
Correlations of spin splitting and orbital fluctuations due to 1/f charge noise in the Si/SiGe Quantum Dot
本研究建模Si/SiGe量子点界面电荷微观运动引发的1/f噪声，比较电荷位移模式并预测自旋劈裂噪声与电子基态能量噪声间存在可观测关联。
2024-08-08 cond-mat.mes-hall
Electron nuclear double resonance with donor-bound excitons in silicon
我们目前俄歇电子检测磁共振（AEDMR）实验磷捐助者在硅中，其中选择性的光学产生的捐助者结合激子用于电子自旋态的电检测。由于同位素纯化的$^{28}$ Si中电子自旋的长退相时间，弱微波场是足够的，这允许在商业ESR谐振器中实现宽带AEDMR。实施俄歇电子探测ENDOR，我们进一步证明了光学辅助控制的条件下，超精细分裂的核自旋的光谱中没有解决。与以前的研究相比，这大大放宽了对样品和实验装置的要求，例如在菌株，同位素纯度和温度方面。我们展示了具有天然同位素组成的硅中磷供体的AEDMR，并讨论了在该系统中进行ENDOR测量的可行性。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Simulated coherent electron shuttling in silicon quantum dots
数值模拟了单电子在硅量子点中的穿梭过程。一个最小的门几何结构没有明确的隧道势垒门，并用于定义一个链的积累模式量子点，每个由一个单一的栅极电压控制。一维势是从三维静电模型中导出的，并用于构造有效的哈密顿量以进行有效的模拟。控制脉冲序列通过保持固定的绝热性来设计，使得可以系统地比较不同的穿梭条件。我们首先使用这些工具来优化器件的几何形状，以获得最大的传输速度，只考虑轨道状态，忽略谷和自旋自由度。考虑到实际的几何约束，电荷穿梭速度高达$\sim$ 300 m/s保持绝热性。通过在有效哈密顿量中加入自旋轨道和谷项，使单重态对中的一个成员穿梭，并跟踪纠缠保真度，模拟了相干自旋输运。在实际的器件和材料参数下，当隧穿能量超过塞曼能时，得到了10-100 m/s范围内的梭速和高自旋纠缠态.高保真度还要求点间谷相位差低于由隧穿能量和塞曼能量的比率确定的阈值，使得自旋-谷-轨道混合较弱。在这个制度中，我们发现，不忠的主要来源是一个相干的自旋旋转，是可纠正的，在原则上。这些结果与同位素纯化硅中大规模自旋量子比特处理器的建议有关，该处理器依赖于自旋的相干穿梭来快速地在计算节点之间分配量子信息。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistical exchange-coupling errors and the practicality of scalable silicon donor qubits
最近的实验工作已经引起了相当大的兴趣，在硅中的施主为基础的本地化电子自旋作为可行的量子比特的可扩展的硅量子计算机。随着同位素纯化的$^{28}$ Si的使用和单施主电子中极长自旋相干时间的实现，最近的实验重点是双耦合施主，最终目标是按比例放大的量子线路。出于这种发展，我们模拟的统计分布的交换耦合$J$之间的一对现实的捐助者的位置straggles捐助者，并量化的错误相对于预期的$J$值。随着$J$值在一个广泛的范围内的施主对分离（$5<|\mathbf{R}|<60$ nm），我们系统地制定了各种情况下，为目标施主分离$\mathbf{R}_0$沿[001]，[110]和[111]硅晶体方向，与$|\mathbf{R}_0|=10, 20$或30 nm和标准偏差$σ_R=1, 2, 5$或10 nm。我们广泛的理论结果表明，即使只有一个供体对，任何可扩展的Si供体为基础的量子计算机的第一步，一个规定的$J$门的巨大挑战。
2017-01-09 cond-mat.mes-hall
An addressable quantum dot qubit with fault-tolerant control fidelity
最近，基于自旋的量子计算取得了令人兴奋的进展，量子位是利用金刚石中的氮空位（N-V）中心和硅中的磷原子实现的，包括证明碳和硅的无自旋同位素的存在使长相干时间成为可能。然而，尽管单原子纳米技术前景看好，但在耦合这些量子位并单独解决它们方面仍然存在重大挑战。相反，光刻定义的量子点具有可以精确设计的交换耦合，但是与噪声的强耦合严重限制了它们的失相时间和控制精度。在这里，我们结合了两个自旋量子位方案的最佳方面，并展示了一个门可寻址的量子点量子位在同位素工程硅与99.6%的控制保真度，通过基于Clifford的随机基准测试和所需的容错量子计算一致。与其他量子点量子位相比，该量子位具有数量级改进的相干时间，其中T_2* = 120 μ s和T_2 = 28 ms。通过对电子g* 因子的栅极电压调谐，我们可以使电子自旋共振（ESR）频率Stark偏移超过2.4 kHz ESR线宽的3000倍，提供了一条通向与现有制造技术兼容的可寻址高保真量子位的大规模阵列的直接路径。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall
A >99.9%-fidelity quantum-dot spin qubit with coherence limited by charge noise
基于自旋的量子计算的最新进展主要是通过与噪声源（例如周围的核自旋和自旋-电磁化率）的精心隔离来扩展自旋相干性。与此同时，在多量子比特系统中可寻址的单自旋和自旋-自旋操纵将需要相当大的自旋-电耦合。然而，鉴于纳米结构中的背景电荷波动，其与增强相干性的兼容性应受到严重质疑。在这里，我们实现了一个单电子自旋量子比特与同位素丰富的相位相干时间（20微秒）和快速的电气控制速度（高达30 MHz）介导的外部自旋电耦合。使用快速自旋旋转，我们揭示了自由演化失相是由电荷（而不是传统的磁）噪声特征的1/f频谱超过七十年的频率。尽管如此，量子位还是表现出了优异的性能，单量子位门的平均质量超过99.9%。我们的工作强烈地表明，设计考虑电荷噪声的人工自旋-电耦合是一条有前途的路线，大规模自旋量子比特系统具有容错可控性。
2017-08-04 cond-mat.mes-hall
Pursuing high-fidelity control of spin qubits in natural Si/SiGe quantum dot
本文在自然 Si/SiGe 量子点中实现了超过 99% 的单比特门保真度和 91% 的双比特 CZ 门保真度，证明自然硅通过抑制低频噪声有望实现高保真量子操作。
2024-09-15 cond-mat.mes-hall
Device characterization of Si$/$SiGe double quantum dots using exchange oscillations in Earth's magnetic field
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of New South Wales（新南威尔士大学）；Diraq
该研究利用Si/SiGe的固有核自旋磁场梯度，开发了无外加磁场的量子点交换振荡表征工具，延长了量子比特相干时间，实现了剩余交换的高分辨率表征。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust spin-qubit control in a natural Si-MOS quantum dot using phase modulation
Research and Development Group, Hitachi, Ltd.（日立制作所研究开发集团）；Department of Electrical and Electronic Engineering, Institute of Science Tokyo（东京科学大学电气电子工程系）；Hitachi Cambridge Laboratory（剑桥日立实验室）；Center for Emergent Matter Science, RIKEN（理化学研究所新兴物质科学中心）
通过相位调制微波驱动实现自然Si-MOS量子点中自旋量子比特的鲁棒控制，延长相干时间并提高门保真度。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall
High-fidelity single-spin shuttling in silicon
针对半导体自旋量子比特长距离高保真输运待突破的问题，研究团队在Si/SiGe异质结构中用行波电势移动量子点输运电子，实现200ns内10μm、99.5%保真度的单自旋输运，为大规模半导体量子处理器构建提供支撑。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Silicon qubit fidelities approaching incoherent noise limits via pulse engineering
容错量子计算的性能要求非常严格。量子比特必须以远低于1%的错误率进行操纵、耦合和测量。对于半导体实现，硅量子点自旋量子位已经证明了接近该阈值的平均单量子位Clifford门错误率，特别是在同位素富集的$^{28}$ Si/SiGe器件中具有0.14%的错误率。这种门的性能，以及高保真双量子比特门和测量，仅在假设噪声是不相干的情况下，才已知满足某些架构中的容错量子计算的阈值，并且需要更低的错误率来减少开销。在这里，我们的实验表明，脉冲工程技术，广泛用于磁共振，改善平均Clifford门错误率为0.043%的硅量子点自旋量子比特，一个因素3以前的最佳结果改善硅量子点设备。通过在随机基准中包括断层扫描完整的测量，我们推断出噪声的高阶特征，称为酉性，它测量噪声的相干性。这反过来又使我们能够从理论上预测，通过进一步的脉冲改进，可以实现低至0.026%的平均门错误率。这些性能最终受到马尔可夫噪声的限制，我们将其归因于从硅器件结构本身或环境发出的电荷噪声。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposals of nuclear spin quantum memory in group IV elemental and II-VI semiconductors
基于同位素纯化的IV族元素和II-VI族化合物半导体中的两个电子或一个电子耦合到单个核自旋的系统，提出了核自旋量子存储的新方案。量子比特由两个电子的单重态和三重态之一组成，或者简单地由一个电子自旋组成。这些系统不受原子核偶极-偶极相互作用的影响，有利于长记忆时间的存储。在两个电子的情况下，用于电子自旋量子比特和核自旋量子比特之间的量子态转移的协议基于单重态-三重态交叉的磁场或电场调谐以及补充有明确定义的方案以初始化核自旋的超精细耦合。在单电子量子比特的情况下，量子态转移由超精细相互作用本身驱动，而不需要核自旋初始化。考虑了许多实际系统，例如，在Si或ZnSe量子点上负载两个电子，在掺杂有P原子的Si量子点中的单电子带电状态，在掺杂有$ ^{29}$ Si的同位素原子的$ ^{28}$ Si量子点中的单电子带电状态，以及在体晶体中的Si：P和ZnSe：F的局域电子系统。这些系统的一般方面进行了调查和比较的优点和缺点之间的双电子量子比特和单电子量子比特。
2009-10-28 cond-mat.mes-hall
Cryogen-free scanning gate microscope for the characterization of Si/Si$_{0.7}$Ge$_{0.3}$ quantum devices at milli-Kelvin temperatures
硅可以被同位素富集，允许制造高度相干的半导体自旋量子比特。然而，体硅的导带表现出六重谷简并，这可能会对硅量子器件的性能产生不利影响。到目前为止，硅中谷态的空间表征仍然有限。此外，需要用于探测功能电子器件中的谷态的技术。本文描述了一种用于在mK温度下表征Si/Si $_{0.7}$ Ge $_{0.3}$量子器件的无致冷剂扫描栅显微镜。该显微镜基于Pan-walker设计，具有粗定位压电堆栈和细扫描压电管。钨显微镜针尖连接到音叉上，用于主动控制针尖到样本的距离。为了降低脉冲管制冷机的振动噪声，我们利用主动和被动隔振机制，并实现了$\sim$ 2 nm的$z$均方根噪声。我们的显微镜被设计用于表征功能齐全的Si/Si $_{0.7}$ Ge $_{0.3}$量子器件。作为概念证明，我们使用显微镜来操纵Si量子点的电荷占据，为量子器件和材料的探索开辟了一系列可能性。
2021-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fidelity benchmarks for two-qubit gates in silicon
通用量子计算将需要基于可扩展平台的量子比特技术，以及对单量子比特和双量子比特门操作的最大不一致性进行严格限制的量子纠错协议。虽然各种量子位系统在单量子位水平上显示出高的量子位，但超导体技术是唯一通过标准光刻技术制造的固态量子位，其已经证明了接近容错阈值的双量子位量子位。基于硅的量子点量子位也适合于大规模制造，并且可以使用同位素富集的硅实现高的单量子位栅极结晶度（超过99.9%）。然而，虽然已经在硅中展示了双量子位门，但还不可能使用随机基准测试来严格评估它们的可靠性，因为这需要以非零保真度完成大量量子位操作（$\gtrsim 20$）的序列。在这里，对于在门定义的量子点的电子自旋状态上编码的量子比特，我们展示了贝尔状态断层扫描，其精确度范围从80%到89%，以及两个量子比特随机基准测试，平均Clifford门保真度为94.7%，平均受控ROT（CROT）保真度为98.0%。发现与量子位的退相干时间$T_2^*$相比，这些量子度受到这里采用的相对慢的门时间的限制。因此，采用基于高拉比频率的快速门操作的硅量子比特设计，以及先进的脉冲技术，应该在不久的将来实现显着更高的量子效率。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Two Qubit Logic Gate in Silicon
量子计算需要可以以可扩展的方式耦合和实现的量子位，以及通用和高保真的一量子位和二量子位逻辑门\cite{DiVincenzo2000, Loss1998}。在几个领域的努力已经导致了一系列令人印象深刻的量子比特实现，包括捕获离子\cite{Brown2011}，超导电路\cite{Barends2014}，单光子\cite{Kok2007}，金刚石\cite{Waldherr2014, Dolde2014}和硅\cite{Muhonen2014}中的单缺陷或原子，以及半导体量子点\cite{Veldhorst2014}，所有这些都具有超过容错量子计算\cite{Fowler2012}所需的严格阈值的单量子比特纯度。尽管如此，可以使用标准光刻技术制造的固态高保真双量子位门迄今为止仅限于超导量子位\cite{Barends2014}，因为半导体系统在耦合量子位和失相\cite{Nowack2011, Brunner2011, Shulman2012}方面存在困难。在这里，我们表明，这些问题可以完全消除使用单自旋同位素富集硅\cite{Itoh2014}通过演示单和两个量子位操作的量子点系统中使用的交换相互作用，如在原来的损失-Diquenzo建议\cite{Loss1998}。我们通过控制旋转（CROT）或控制相位（CZ）操作结合单量子位操作实现CNOT门。直接栅极电压控制提供单量子位…
2014-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
A single-atom electron spin qubit in silicon
单原子是量子系统的原型，也是量子比特（量子计算机的基本单位）的自然候选者。原子已成功地用于电磁阱中存储和处理量子信息，以及通过使用NV中心点缺陷在金刚石中存储和处理量子信息。固态电子器件具有很大的潜力，可以将这种演示从几个量子位控制扩展到更大规模的量子处理器。在这个方向上，自旋量子位的相干控制已经在GaAs和Si中的光刻定义的双量子点中实现。然而，将工程纳米结构的电学测量能力与原子自旋量子比特固有的优点相结合是一个巨大的挑战。在这里，我们展示了一个单独的电子自旋量子位绑定到一个磷施主原子在天然硅的相干操纵，通过单次读出电测量。我们使用电子自旋共振驱动拉比振荡，而哈恩回波脉冲序列显示自旋相干时间（T2）超过200 μs。预计在同位素富集的28Si样品中，该数字甚至会变得更长。再加上使用与现代集成电路技术兼容的器件架构，这些结果表明硅中单个磷原子的电子自旋是构建可扩展量子计算机的绝佳平台。
2013-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
A SWAP Gate for Spin Qubits in Silicon
本文在硅量子点中演示了约25纳秒的快速SWAP门，通过高度可调的J与ΔE_z比率实现高保真度操作，解决了自旋量子比特阵列的连接性问题，为芯片上量子通信和量子模拟奠定基础。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
