Spin-Blockade Spectroscopy of Si/SiGe Quantum Dots
我们实现了一种技术，用于测量负责半导体量子点中的自旋到电荷转换的单重态-三重态能量分裂。这种方法需要快速的单次电荷测量，可以在大分裂和小分裂的限制下可靠地提取能量。我们执行这种技术上的未掺杂的，积累模式的Si/SiGe三重量子点，并发现测量的分裂作为限制栅偏置的函数平滑地变化。该演示不仅证明了将$in~situ$激发态测量技术作为标准调整过程的一部分的价值，还表明在典型的Si/SiGe量子点器件中，自旋阻断可以受到横向轨道激发能而不是谷分裂的限制。
2018-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Elastic Strains in SiGe Heterostructure With Non-Uniform Quantum Dots
用有限元方法模拟了含量子点的SiGe异质结构中的弹性应变分布。研究了纳米岛中锗的非均匀分布对弹性场的空间依赖性和大小的影响。结果表明，与非均匀纳米岛相比，具有均匀组分含量的量子点更易发生应变
2013-08-22 cond-mat.mes-hall
Assessing the potential of Ge/SiGe quantum dots as hosts for singlet-triplet qubits
我们研究了Ge/SiGe异质结构中的双量子点，并测试了它们对单重态-三重态（$S-T_0$）量子比特的成熟度。我们展示了大范围的可调谐性，从两个单量子点到一个双量子点。我们测量了泡利自旋阻滞并研究了$g$因子的各向异性。我们使用相邻的量子点来感测感兴趣的双量子点中的电荷跃迁。总之，Ge/SiGe拥有构建单重态-三重态量子比特所需的所有成分。
2019-10-13 cond-mat.mes-hall
Charge-noise spectroscopy of Si/SiGe quantum dots via dynamically-decoupled exchange oscillations
硅量子点中的电子自旋是有前途的量子比特，因为它们的相干时间长，可扩展的制造和全电控制的潜力。然而，主体半导体中的电荷噪声是在这些器件中实现高保真单量子位和双量子位门的主要障碍。在这项工作中，我们使用多种方法的组合测量了Si/SiGe单重态-三重态量子比特在近12个十年频率上的电荷噪声谱，包括量子比特演化过程中动态解耦的交换振荡，最多可达512 π脉冲。电荷噪声在我们测量的整个频率范围内都是有色的，尽管谱指数随频率而变化。此外，从近端传感器量子点的电导测量推断的电荷噪声谱与从单重态-三重态量子比特的相干振荡推断的电荷噪声谱一致，这表明简单的输运测量可以准确地表征Si/SiGe量子点中宽频率范围内的电荷噪声。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrostatically defined Quantum Dots in a Si/SiGe Heterostructure
提出了一种在分子束外延Si/SiGe异质结中实现的静电限定的少电子双量子点。传输和电荷光谱与一个额外的量子点以及脉冲门测量证明。我们讨论了硅基异质结构的技术挑战，以及大有效电子质量对双量子点的输运性质和可调谐性的影响。电荷噪声，这可能是由于应变工程本质上诱导被证明不会影响我们的设备作为一个自旋量子比特的稳定操作。我们的研究结果保证了在Si/SiGe异质结构中静电限定的量子点适用于量子信息处理。
2010-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Detuning Axis Pulsed Spectroscopy of Valley-Orbital States in Si/SiGe Quantum Dots
硅量子点量子位必须与低谷激发态竞争，低谷激发态是量子阱异质结构和无序的敏感函数;量化和最大化这些态的能量对于提高器件性能至关重要。我们描述了一种光谱方法，用于探测激发态在隔离的Si/SiGe双量子点使用标准基带脉冲技术，简化了多点设备中的能量谱的提取。我们使用这种方法来测量几十个谷激发态能量跨越多个晶片，量子点，和轨道状态，至关重要的评估谷分裂量子阱宽度和其他外延条件的依赖性。我们的研究结果表明，较窄的井可以有利于改善谷分裂，但这种效果可以混淆的生长和制造条件的变化。这些结果强调了谷分裂测量对于指导Si量子比特发展的重要性。
2021-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
g-tensor Optimization in Ge/SiGe Quantum Dots
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学奎克研究所和卡弗里纳米科学研究所）
通过优化g张量特性，提升量子点中自旋量子比特的稳定性与可控性，为实现大规模锗基量子计算机提供设计原理。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley splittings in Si/SiGe quantum dots with a germanium spike in the silicon well
硅锗异质结构已经成功地承载了量子点量子比特，但是两个最低谷态的本征近简并性对高保真度量子计算构成了障碍。我们提出了一种修改的Si/SiGe异质结构的量子阱内的锗浓度的尖峰，以增加谷分裂。异质结生长的化学气相沉积和磁谱进行栅极定义的量子点上测量的激发态光谱。我们证明了一个大的和广泛的可调谷分裂作为施加的垂直电场和横向点限制的函数。我们进一步调查的锗尖峰的作用，通过紧束缚模拟在单电子点，并显示了强大的倍增谷分裂时，尖峰存在，相比标准（无尖峰）异质结构。这种倍增效应几乎与电场、尖峰的锗含量和尖峰位置无关。尽管异质结构发生了剧烈的变化，但稳定的、可调谐的量子点的实验证据为未来的异质结构修改提供了基础。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization of individual charge fluctuators in Si/SiGe quantum dots
本研究针对硅量子点中电荷噪声来源不明的问题，通过输运测量与阿伦方差、因子隐马尔可夫模型分析，表征了Si/SiGe量子点中的单个二能级涨落体，揭示了其切换时间的调控规律与物理起源，为抑制电荷噪声提供了实验依据。
2024-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lifetime measurements (T1) of electron spins in Si/SiGe quantum dots
我们观察到自旋为1/2的Si/SiGe耗尽型多电子量子点的塞曼分裂激发态，并测量了它在高达2 T的磁场中的自旋弛豫时间T1。使用一种新的步进和到达技术，我们已经实验验证了g值为2.0 +/- 0.1所观察到的塞曼双重峰。我们还测量了InGaAs量子点中单电子和多电子自旋的T1。对于相当的磁场强度，Si/SiGe系统的寿命明显长于InGaAs点的寿命，但在足够低的磁场下（Si < 1 T，InGaAs < 0.2 T），两者都接近1秒。
2009-08-03 cond-mat.mes-hall
Excitation intensity dependence of photoluminescence spectra of SiGe quantum dots grown on prepatterned Si substrates: Evidence for biexcitonic transition
研究了Si（001）衬底上横向二维有序SiGe量子点的光致发光（PL）谱随泵浦强度的变化关系。的PL的结果从重组的SiGe量子点和电子本地化由于应变场在周围的Si矩阵本地化的空穴。光谱的分析揭示了几个不同的频带，归因于激子基态和激发激子态的声子辅助复合和非声子复合，它们都表现出PL强度的线性I依赖性。当I> 3 W/cm ^2时，PL谱中出现了由双激子跃迁引起的、与I近似成二次方关系的额外带。这些新出现的PL贡献将SiGe量子点的复合非声子PL带转移到更高的能量。实验得到的非声子跃迁能量与用包络函数近似和组态相互作用方法计算的激子和双激子能量吻合得很好。
2012-09-27 cond-mat.mes-hall
Fast tunnel rates in Si/SiGe one-electron single and double quantum dots
我们报道了在Si/SiGe异质结中制备和测量具有快速隧穿速率的单电子单量子点和双量子点。在少量电子点中实现快速隧道速率可能具有挑战性，部分原因是Si中的大电子有效质量。使用电荷感测，我们识别出与测量速率相比快或慢的点的隧道速率的签名。这种特征提供了一种校准绝对电子数和验证单个电子占据的手段。脉冲栅电压测量用于验证该方法。
2010-03-03 cond-mat.mes-hall
Spectroscopy of low-lying valley states in hot Si/SiGe quantum dots
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Center for Quantum Science and Engineering（量子科学与工程中心）；Department of Physics and Astronomy（物理与天文系）；Department of Electrical and Computer Engineering（电气与计算机工程系）
研究热 Si/SiGe 量子点中低能谷态，通过比较脉冲栅极光谱（PGS）和失谐轴光谱（DAPS）在 700 mK 温度下的性能，发现 DAPS 能分辨低至约 86 μeV 的谷分裂，优于 PGS，可在高温下有效提取谷分裂。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pauli spin blockade in undoped Si/SiGe two-electron double quantum dots
我们展示了在无掺杂的Si/SiGe异质结构中制造的双量子点依赖于双顶栅设计。电荷检测表明，我们可以可靠地耗尽这些设备的零电荷占用。测量和模拟证实，能量是由栅极感应静电势。泡利自旋封锁已被观察到通过双点在两个电子配置，在Si中进行相干自旋操纵的关键步骤，通过运输。
2011-06-30 cond-mat.mes-hall
Statistical characterization of valley coupling in Si/SiGe quantum dots via $g$-factor measurements near a valley vortex
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
本文针对Si/SiGe量子点中谷耦合高估问题，提出利用g因子测量结合谷相位的新方法，为自旋量子比特探测提供了可实验实现的新工具。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Signatures of Valley Kondo Effect in Si/SiGe Quantum Dots
我们报告的测量一致的谷近藤效应在Si/SiGe量子点，证明了在电导与源极-漏极电压的峰值，表现出很强的温度依赖性。近藤峰在磁场中表现出不寻常的行为，我们将其解释为源于谷自由度。谷和塞曼分裂的相互作用建议的侧峰的存在下，揭示了0.28至0.34毫电子伏之间的零场谷分裂。在两个样品中观察到非零磁场的零偏压电导峰，这一现象与隧穿中的谷值不守恒一致。
2014-06-29 cond-mat.mes-hall
Measurement of valley splitting in high-symmetry Si/SiGe quantum dots
我们已经证明了在Si/SiGe和InGaAs中的少电子量子点，占据数从N = 0可控。这些显示出高度的空间对称性和可识别的外壳结构。磁谱测量表明，两种Si基器件在低磁场下都具有N =2的单重基态，从而提高了双谷简并度。这两个器件中的谷分裂分别为120和270 μeV，表明在我们的异质结构中存在原子级尖锐的界面。
2011-04-13 cond-mat.mes-hall
Singlet-triplet relaxation in SiGe/Si/SiGe double quantum dots
研究了在外加磁场作用下，双电子SiGe/Si/SiGe双量子点在Faraday和Voigt组态下，由于电子-声子散射辅助的自旋-轨道耦合引起的单重态-三重态弛豫.通过显式地考虑电子-电子库仑相互作用和界面散射引起的谷分裂，我们采用精确对角化方法得到了能谱和本征态。然后我们用费米黄金法则计算了弛豫率。我们发现通过改变外加磁场和点间距可以有效地调节跃迁速率。特别是在反交叉点附近，转变率显示出有趣的特征。我们还研究了跃迁率与电场的关系，发现跃迁率几乎与电场无关。这在自旋操纵中是非常重要的，因为在通过电场将量子位配置从$(1,1)$改变为$(2,0)$期间，寿命几乎保持相同。
2011-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization and Suppression of Low-frequency Noise in Si/SiGe Quantum Point Contacts and Quantum Dots
本文研究了调制掺杂Si/SiGe异质结构中肖特基栅量子点接触（QPC）和量子点（QDs）中的全局顶栅对低频噪声的影响。对于相对大的顶栅电压，QPC电流显示出具有1/f2洛伦兹型电荷噪声的频繁切换。随着顶栅电压的降低，QPC夹断电压变得不那么负，并且1/f2噪声在均匀背景1/f噪声中被迅速抑制。我们将这种顶门技术应用于双量子点，以稳定电子数为零的电荷状态。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall
On-chip Integration of Si/SiGe-based Quantum Dots and Switched-capacitor Circuits
目前，集成在半导体衬底上的固态量子位需要至少一条从每个量子位到控制电子设备的导线，这导致了所谓的布线瓶颈。通过片上电路解复用提供了一种有效的策略来克服这一瓶颈。在栅极限定的量子点阵列的情况下，需要同时向多个栅极施加特定的静态电压以实现电子约束。当量子器件和解复用器之间放置电荷锁定结构时，可以局部维持电压。在本研究中，我们利用开关电容电路来实现电荷锁定，并利用它来浮置单个量子点的柱塞门。平行板电容器、晶体管和量子点器件单片地制造在Si/SiGe基衬底上，以避免复杂的芯片外布线。我们实验研究了电容和晶体管尺寸对浮动节点电压精度的影响。此外，我们证明了量子点的电化学电势可以跟随100 Hz的脉冲信号，而点是部分浮动的，这是必要的，将这种策略应用于量子比特实验。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pulse sequence designed for robust C-phase gates in SiMOS and Si/SiGe double quantum dots
从理论上分析了SiMOS和Si/SiGe自旋量子比特实验中单量子比特和双量子比特门的误差，提出了一种利用理想局域旋转抑制电荷噪声引起的交换耦合误差的脉冲序列。在实践中，脉冲序列的整体保真度将仅受可用的单量子位门的质量的限制：C相失真变成$\approx 2.5 \times$，即单量子位操作的失真。基于实验数据，我们建立了误差模型，并表明C相门不稳定性可以被抑制两个数量级。我们的脉冲序列是简单的，我们希望实验实现将是相对简单的。我们还评估了这种门对$1/f$噪声的性能。假设一个软的紫外截止，我们表明，准静态噪声设计的脉冲序列仍然表现良好，当截止发生在$\sim 1$ MHz以下给出足够快的一个量子比特拉比频率，抑制失真的数量级相比，现有的直接绝热协议。我们还分析了在有限的上升期nonadiabaticity的影响，并发现，adiabaticity是不是一个限制交换耦合的电流值。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fabrication and Characterization of Electrostatic Quantum Dots in a Si/SiGe 2D Electron Gas, Including an Integrated Read-out Channel
采用一种新的制备技术在硅/硅锗二维电子气中制备具有读出通道的量子点。该技术利用肖特基栅极，放置在浅蚀刻量子点的侧面，以控制电子传输过程。相邻的量子点接触栅极被集成到侧栅极以限定读出通道，从而允许对量子点的电子占据的非侵入性检测。在低温下观察到可再现和稳定的库仑振荡以及读出通道电阻的相应跳跃。与读出通道相结合的制造点代表了Si/SiGe异质结构中基于自旋的量子比特的一个步骤。
2005-04-04 cond-mat.mes-hall
SiGe quantum dots for fast hole spin Rabi oscillations
我们报告在三端SiGe自组装量子点设备的顶部栅电极定位非常接近的纳米结构的空穴g因子的测量。垂直和平行g因子的测量揭示了顶栅电压的小调制的显著变化。从所观察到的调制，我们估计，在现实的实验条件下，孔自旋可以电操纵拉比频率在100 MHz的顺序。这项工作强调了潜在的空穴为基础的纳米器件的有效的自旋操纵的g-张量调制技术。
2013-07-27 cond-mat.mes-hall
Disentangling orbital and confinement contributions to $g$-factor in Ge/SiGe hole quantum dots
IBM Research Europe – Zürich（IBM欧洲苏黎世研究中心）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子T.J.沃森研究中心）；Solid State Physics Laboratory, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院固体物理实验室）
研究通过激发和添加谱区分纯Zeeman g因子与轨道贡献，揭示不同轨道态和空穴数的g因子差异，展示g因子的可调性对电量子操控的重要性。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low-frequency charge noise in Si/SiGe quantum dots
硅中的电子自旋具有很长的相干时间，是一种很有前途的量子比特平台。然而，半导体中的电场噪声对量子点自旋量子比特中的大多数单量子比特和多量子比特操作提出了挑战。在这里，我们调查的低频电荷噪声谱的温度和铝氧化物栅介质厚度的Si/SiGe量子点重叠的栅极的依赖关系。我们发现电荷噪声随氧化铝厚度的增加而增加。我们还发现强点到点的噪声幅度和频谱的温度依赖性的变化。这些发现表明，每个量子点经历由两个能级系统的不同系综引起的噪声，每个系统具有不均匀的热激活能分布。两者合计，我们的研究结果表明，在Si/SiGe量子点中的电荷噪声起源于至少部分地从半导体表面附近的两个能级系统的非均匀分布。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall
Statistical Structure of Charge Disorder in Si/SiGe Quantum Dots
本研究针对半导体纳米结构中电荷无序导致量子点自旋量子比特器件间性能差异的问题，通过Si/SiGe双量子点有限元建模生成统计集合，建立预测模型并结合主成分分析揭示无序主导模式，为提高器件可控性和良率提供框架。
2025-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energy spectra of three electrons in SiGe/Si/SiGe laterally coupled triple quantum dots
采用实空间组态相互作用方法，在单谷近似下研究了SiGe/Si/SiGe等边三角形和对称线性三重量子点中三电子在磁场（Faraday或Voigt组态）和电场作用下的能谱.强的电子-电子库仑相互作用，这是至关重要的能谱，明确计算，而弱的自旋-轨道耦合微扰处理。在没有外场的情况下，通过改变点的尺寸或点间距离，我们发现了等边三角形和对称线性三重量子点中基态自旋组态的二重态-四重态跃迁.这种转变在三重量子点的文献中还没有报道。在磁场（法拉第组态）依赖的能谱中，我们发现在没有自旋轨道耦合的情况下，具有相同自旋态的能级之间存在大的能裂的反交叉。这种反交叉行为源于三重量子点限制势。另外，在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们发现无论是Faraday位形还是Voigt位形，在有磁场存在的情况下，等边三角形情形中的所有交叉点都变成了反交叉，而对称线性情形中只有部分交叉点表现出反交叉行为.所有的反交叉行为进行了分析的基础上对称性的考虑。此外，我们还发现电场可以有效地影响能级和电荷组态。
2013-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic spin-valley coupling in SiMOS and Si/SiGe quantum dots
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
研究SiMOS和Si/SiGe量子点中自旋-谷耦合的各向异性，通过外部磁场方向和强度测量，揭示两种材料系统中自旋-谷耦合的差异及优化方案。
2026-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Integration of on-chip field-effect transistor switches with dopantless Si/SiGe quantum dots for high-throughput testing
在单个芯片上测量多个量子器件增加了表征吞吐量，并能够测试器件设计中的器件可重复性、工艺良率和系统变化。我们提出了一种方法，使用片上场效应晶体管开关，使双量子点Si/SiGe器件的多路复用低温测量。多路复用使得表征许多设备成为可能，这些设备随外部电线的数量呈指数级增长，这是考虑到目前常用的低温恒温器布线的重大限制的关键能力。我们使用这种方法来表征三个名义上相同的量子点接触通道，使他们的阈值电压的积累和夹断电压在一个单一的冷却稀释冰箱的比较。
2013-05-08 cond-mat.mes-hall
Theory of Single Electron Spin Relaxation in Si/SiGe Lateral Coupled Quantum Dots
研究了自旋-轨道相互作用下单电子Si/SiGe横向耦合量子点中声学声子引起的自旋弛豫。数值计算了单量子点和双量子点在面内和垂直磁场中的弛豫速率。声学声子的变形势被考虑为横向和纵向极化和它们的贡献的总弛豫速率进行了讨论相对于膨胀和剪切势常数。我们发现，在单点的自旋弛豫率的规模约与磁场的七次方，在最近的实验。在双点中，弛豫速率对点谱结构更加敏感，因为它通常由自旋热点主导。自旋-轨道相互作用的各向异性产生容易的通道，即磁场的特殊方向，对于该方向，弛豫被强烈抑制。量子力学上，由于不存在压电声子势和一般较弱的自旋轨道相互作用，Si中的自旋弛豫速率通常比GaAs小2个数量级。
2011-04-26 cond-mat.mes-hall
Progress Towards a Capacitively Mediated CNOT Between Two Charge Qubits in Si/SiGe
快速的操作，一个容易调整的哈密顿量，和一个简单的双量子位相互作用使电荷量子位成为一个有用的工具，基准设备的性能和探索双量子位动态。在这里，我们调谐四个Si/SiGe量子点的线性链来承载两个双点电荷量子比特。使用双点之间的电容来介导强的双量子位相互作用，我们同时驱动相干跃迁以产生量子位之间的相关性。然后，我们顺序地脉冲量子位，以有条件地驱动一个量子位的状态。我们发现，有条件的$π$ -旋转可以驱动在只有74 ps与适度的保真度展示了两个量子比特操作的可能性与13.5 GHz的时钟速度。
2020-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effective out-of-plane g-factor in strained-Ge/SiGe quantum dots
最近，应变Ge/SiGe中的光刻量子点已经成为量子计算的有希望的候选者，从量子点的演示到量子比特逻辑演示的进展非常快。在这里，我们提出了一个测量的平面外的$g$ -因子的单孔量子点在这种材料中。由于这是一个单孔测量，这是第一个实验结果，避免了强轨道效应存在于平面外的配置。除了验证预期的面内和面外磁场（$B$）之间的$g$因子各向异性之外，还观察到依赖于量子点占据的$g$因子的变化。这些结果是在良好的协议与计算的$g$ -因子使用的重-和轻-空穴空间的Luttinger哈密顿量，特别是前两个孔，显示出很强的自旋-轨道耦合，并建议戏剧性的$g$ -因子可调性通过$B$ -场和电荷状态。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall
Investigating microwave loss of SiGe using superconducting transmon qubits
硅锗（SiGe）是一种具有从晶体管到电光调制器和量子点的多种应用的材料。SiGe的不同性质也使其对涉及超导量子计算的实现具有吸引力。在这里，我们演示了在SiGe层上制作transmon量子比特，并研究了SiGe在低温和单光子微波功率下的微波损耗特性。我们发现弛豫时间高达100 $μ$ s，对应的品质因数Q大于4 M的大垫transmons。获得的高Q值表明SiGe/Si异质结构与超导量子线路的现有技术性能兼容。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetic Gradient Fluctuations from Quadrupolar $^{73}$Ge in Si/SiGe Exchange-Only Qubits
我们利用交换回波噪声谱研究了Si/SiGe量子点对中的时间涨落磁梯度噪声机制。我们发现，通过结合光谱反演和对应的理论模型，四极进动的$^{73}$锗核自旋回波衰减时间$T_2$中发挥了关键作用，与磁场和Si量子阱的宽度的特性依赖。$^{73}$ Ge噪声峰值出现在$^{73}$ Ge拉莫尔共振的基波和一次谐波处，叠加在由于$^{29}$ Si偶极-偶极动力学引起的$1/f$噪声上，并且取决于材料外延和施加的磁场。这些结果可能会通知动态去耦时，使用硅/硅锗量子点作为量子位在量子信息处理设备的需求。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Undoped accumulation-mode Si/SiGe quantum dots
我们报告了一种量子点器件设计，它结合了未掺杂SiGe异质结构材料的低无序特性和重叠栅极堆叠，其中每个静电栅极具有主导和独特的功能-控制单个量子点的占据和横向隧穿进入量子点和量子点之间。点和电子浴之间的隧穿速率的控制被证明超过九个数量级，并通过我们的放大器的带宽内的直接测量独立确认。直接测量在（0，2）<-->（1，1）电荷配置反交叉处的点间隧道耦合以量化单个点间隧道势垒栅极的控制。一个简单的指数相关性足以描述这些隧穿过程中的每一个作为控制栅极电压的函数。
2014-08-04 cond-mat.mes-hall
Fast charge sensing of Si/SiGe quantum dots via a high-frequency accumulation gate
量子点阵列是实现自旋量子位的通用平台，因为高带宽传感器点可以与单点、双点和三点量子位集成，从而产生快速和高保真度的量子位读出。然而，对于未掺杂的硅器件，传感器欧姆的反射测量受到二维电子气（2DEG）的有限电阻率的影响，并且替代的读出方法限于测量量子位电容，而不是量子位电荷。通过将表面贴装谐振电路耦合到高阻抗传感器的柱塞栅极，我们实现了与电阻性2DEG兼容的快速电荷传感技术。我们证明了这一点，通过获取在高速电荷稳定性图的双和三点阵列的Si/SiGe异质结构，以及脉冲栅极单次充电和自旋读出的集成时间低至2.4 $μ$ s。
2019-11-11 cond-mat.mes-hall
Low-Noise Quantum Dots in Ultra-Shallow Ge/SiGe Heterostructures for Prototyping Hybrid Semiconducting-Superconducting Devices
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学与技术研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology – ICN2 (CSIC and BIST)（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所（CSIC和BIST））
本研究通过超薄Ge/SiGe异质结构实现低噪声量子点，结合低温氧化物工艺，为混合半导体-超导器件原型提供新平台。
2026-03-10 cond-mat.mes-hall
A 2D quantum dot array in planar $^{28}$Si/SiGe
该研究利用高质量 $^{28}$Si/SiGe 异质结构与优化栅极设计，实现可加载单电子并调控隧穿耦合的 2×2 量子点阵列，为二维硅自旋量子比特扩展奠定基础。
2023-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetic gradient free two axis control of a valley spin qubit in SiGe
SiGe量子点中的自旋是量子比特的有希望的候选者，但由于谷简并性也是具有挑战性的，谷简并性可能导致自旋退相干和弱自旋-轨道耦合。在这项工作中，我们证明了谷态可以作为一种资产，使双轴控制的单重态-三重态量子比特形成在一个双量子点，而无需施加磁场梯度。我们使用塞曼分裂三重态的磁场光谱测量每个点中的谷谱。基态之间的点间跃迁需要一个电子在谷之间翻转，这反过来又提供了两个点之间的g因子差$Δg$。该$Δg$用作有效的磁场梯度，并且允许量子位旋转，其速率随着外部磁场线性增加。我们测量了几个点间跃迁，发现这个谷引入$Δg$是普遍的和电调谐。这可以通过去除对难以设计的磁场梯度的要求来潜在地简化SiGe平台中的按比例放大量子信息处理。
2021-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
Valley splitting in Si quantum dots embedded in SiGe
我们研究嵌入到Si_{0.75} Ge_{0.25}缓冲器中的Si量子点的能谱，使用原子数值计算与量子位实现相关的尺寸。最低轨道态的谷简并度被提升，谷分裂随单层频率的变化而变化。对于点厚度<6 nm valley splitting is found to be >150 μ eV。利用原子计算的独特优势，我们分析了缓冲区无序对谷分裂的影响。缓冲区中的无序导致谷分裂被抑制2.5倍，对于不同的无序实现，分裂波动约20 ueV。通过这些模拟，我们可以指导未来的实验进入低设备到设备波动的区域。
2008-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge sensing and controllable tunnel coupling in a Si/SiGe double quantum dot
本文报道了Si/SiGe双量子点的集成电荷传感测量。该量子点被证明是可调谐的，从一个单一的，大的点，以及隔离的双点。电荷感测测量使得能够提取量子点之间的隧道耦合t作为限定器件的顶栅上的电压的函数。对单个这样的栅极上的电压的控制调谐分隔两个点的屏障。测得的隧道耦合是栅极电压的指数函数。控制t的能力是控制硅量子点中自旋量子比特的重要一步。
2009-05-11 cond-mat.mes-hall
Smooth velocity shuttling for suppressing valley excitations in disordered Si/SiGe quantum dots
Research and Development Group, Hitachi, Ltd.（日立有限公司研发集团）
针对硅量子点中谷激发导致的自旋退相干问题，提出基于Tukey窗的平滑速度穿梭协议，通过映射到信号处理窗函数设计，有效抑制速度谱高频旁瓣，数值模拟表明在中低无序度下显著降低平均自旋保真度损失。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum dots in Si/SiGe 2DEGs with Schottky top-gated leads
我们报道了在肖特基栅控硅/硅锗二维电子气（2DEG）中量子点器件的制备和表征。点被横向限制在蚀刻限定的沟道内，而它们的电势由点的平面中的蚀刻限定的2DEG栅极调制。在这种材料中，肖特基顶栅首次用于定义和调整点的隧道势垒。通过最小化栅极的有源面积来减小栅极的漏电流。通过增加沟道的蚀刻深度来实现对泄漏的进一步抑制。顶栅用于将点置于库仑阻塞状态，并且当侧栅上的电压变化时观察到电导振荡。
2005-08-16 cond-mat.mes-hall
Atomic fluctuations lifting the energy degeneracy in Si/SiGe quantum dots
Si/SiGe量子阱中的电子自旋遭受几乎简并的导带谷，其在量子位的形成中与自旋自由度竞争。尽管试图通过设计尖锐的界面来确定性地增强谷能量分裂，但谷分裂波动仍然是量子比特均匀性的严重问题，需要扩展到大型量子处理器。在这里，我们阐明和统计预测谷分裂的整体集成的三维原子级的属性，理论和运输。我们发现，Si/SiGe界面的3D景观内的Si和Ge原子的浓度波动可以解释从许多量子点设备上的测量观察到的谷分裂的大的扩展。针对普遍的信念，我们建议提高这些随机合金成分的波动，通过将Ge原子在Si量子阱中统计增强谷分裂。
2022-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rapid high-fidelity spin state readout in Si/SiGe quantum dots via radio-frequency reflectometry
硅自旋量子比特作为容错量子计算的可扩展量子比特平台显示出巨大的前景。然而，量子纠错所需的电荷和自旋状态的快速高保真读出仍然是难以捉摸的。射频反射测量使得能够快速高保真读出GaAs自旋量子位，但是积累模式Si量子点器件的相对大的电阻和电容使得射频反射测量在这些平台中具有挑战性。在这项工作中，我们实现了射频反射在Si/SiGe量子点设备重叠的栅极，通过微小的设备级的变化，消除这些挑战。我们证明了电荷状态读出的保真度在99.9%以上，在300 ns的集成时间。我们通过传统的泡利自旋阻断和电荷锁存机制测量了双量子点的单重态和三重态，在2.08 $μ$ s和1.6 $μ$ s的积分时间内，我们分别获得了82.9%和99.0%的最大结晶度。我们还使用射频反射仪进行单次读出的单自旋状态通过自旋选择性隧道在微秒级的集成时间。
2020-07-08 cond-mat.mes-hall
Single-electron quantum dot in Si/SiGe with integrated charge-sensing
单电子占据是测量和操纵量子点自旋的基本组成部分，这种能力对于量子信息处理是重要的。Si/SiGe是半导体自旋量子比特的兴趣，但单电子量子点尚未在该系统中实现。报道了在Si/SiGe异质结中单电子占据的顶栅量子点的制备和测量。通过量子点的传输与来自集成量子点接触的电荷感测直接相关，并且该电荷感测用于确认量子点中的单电子占据。
2007-11-01 cond-mat.mes-hall
Conveyor-mode electron shuttling through a T-junction in Si/SiGe
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Helmholtz Nano Facility (HNF)（亥姆霍兹纳米设施）；ARQUE Systems GmbH（ARQUE系统有限公司）
在Si/SiGe中通过T形交汇处实现电子穿梭，利用量子点控制实现自旋量子比特交换，为二维量子计算架构提供灵活路由方案。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge-noise-free Lateral Quantum Dot Devices with Undoped Si/SiGe Wafer
我们使用未掺杂的Si/SiGe晶片在单层MOS结构中开发量子点。通过在表面栅极上施加正偏压，电子在Si沟道中积累。测量了清晰的库仑金刚石和双点电荷稳定图。跟踪电流的时间波动，我们应用傅里叶变换分析。噪声信号的功率谱与频率成反比，并且不同于在掺杂晶片中制造的量子点已知的反比二次行为。我们的研究结果表明，掺杂晶片的电荷噪声源与2DEG掺杂剂有关。
2013-11-12 cond-mat.mes-hall
Optimal geometry of lateral GaAs and Si/SiGe quantum dots for electrical control of spin qubits
我们研究了磁场的取向和量子点相对于晶体学坐标的取向对在栅控半导体量子点中实现的电控量子比特的质量的影响。我们发现，由于自旋-轨道相互作用的各向异性，改变两个方向，它是可能的，以调整量子比特的意义上优化的比例耦合到声子和控制电场。我们发现的条件下，这种最佳的设置可以通过单独重新定向的磁场，当一个特定的定位点是必需的。我们还发现，自旋轨道相互作用强度的相对符号的知识允许选择一个鲁棒的最佳点几何形状，点主轴沿着[110]或[1 $\overline{1}$ 0]，其中量子位总是可以通过重新定向磁场来优化。
2016-06-14 cond-mat.mes-hall
Conveyor-mode single-electron shuttling in Si/SiGe for a scalable quantum computing architecture
由限制在Si/SiGe量子点中的单电子定义的小自旋量子位寄存器成功地运行，并且连接这些寄存器将允许可扩展的量子计算。在寄存器之间穿梭携带电子的量子位是高保真相干链路的自然选择，前提是控制信号的开销保持适度。我们的原理证明证明了在静电定义的420 nm长的Si/SiGe量子通道中通过传播波势的单个电子的穿梭。这种走廊模式穿梭方法只需要四个正弦控制信号，而与其长度无关。我们讨论的信号参数的调谐，检测的平滑度的电子运动，使映射的潜在的障碍，并观察到一个高的单电子穿梭保真度的$99.42\pm0.02\,\%$，包括方向的逆转。我们的穿梭设备可以很容易地嵌入到Si/SiGe量子位芯片的工业制造中，并为解决完全可扩展的半导体量子计算架构的信号扇出问题铺平了道路。
2021-08-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energy spectra of three electrons in Si/SiGe single and vertically coupled double quantum dots
我们研究了Si/SiGe单量子点和垂直耦合双量子点中的三电子能谱，其中明确地考虑了塞曼分裂、自旋轨道耦合、谷耦合和电子-电子库仑相互作用等相关效应。在没有磁场的情况下，我们在单量子点中的结果与Borselli { \em et al.} [Appl. Phys. Lett. { \bf 98}，123118（2011）]。我们确定的自旋和谷配置的基态在实验情况下，并给出了一个完整的相图般的图片的基态配置相对于点的大小和谷分裂。我们还明确地调查了三电子的能量谱的纯谷配置和混合磁场在法拉第和Voigt配置。我们发现，通过调节磁场和/或量子点的大小，基态可以在二重态和四重态之间切换。由于自旋轨道耦合，三电子能谱在不同自旋态之间呈现出许多反交叉点，这些反交叉点将有利于自旋操纵。我们发现，可以忽略不计的小谷间库仑相互作用可以导致磁场无关的四重态的混合谷配置的三电子能谱的简并。此外，我们还研究了垂直耦合双量子点中的势垒宽度和势垒高度依赖关系。与单量子点的情况类似，观察到了反交叉行为和四重态-二重态简并。
2011-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
