Quantum Coherence in a One-Electron Semiconductor Charge Qubit
研究了由GaAs双量子点构成的半导体电荷量子比特中的量子相干性，在耗尽栅上施加电压脉冲驱动量子比特旋转，并利用量子点接触电荷探测器实现了非侵入状态读出.我们在电荷简并点测量到~7 ns的最大相干时间，其中量子比特能级分裂对栅极电压波动是一阶不敏感的。我们比较测量的相干时间作为一个函数的失谐与预测从1/f噪声模型。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable Robust Quantum Control for Semiconductor Spin Qubits with Always-on Couplings
针对半导体自旋量子比特常开耦合导致的相关误差与混沌动力学问题，提出无需高开关比可调耦合器的鲁棒控制脉冲框架，以抑制噪声串扰并支持可扩展高保真量子计算。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor quantum computer design with 100 nm separation of nuclear-spin qubits
我们结合了Privman、Vagner和Kventsel以及Kane在1998年提出的量子计算方案中的元素，以及通过杂质原子的束缚外层电子间接介导的核自旋量子比特相互作用的新思想，杂质原子的核自旋1/2是量子比特。这些电子又通过二维电子气以量子霍尔效应方式相互作用。由此产生的量子计算方案保留了凯恩提议的所有门控和测量方面，但允许量子比特间隔在100 nm量级的距离，这是用当今的异质结器件技术可以实现的。
2001-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Benchmarking high fidelity single-shot readout of semiconductor qubits
量子比特初始化和测量保真度的确定对于量子计算机的整体性能是重要的。然而，在半导体量子比特中计算它的方法在实验之间有所不同。在本文中，我们提出了一个完整的理论分析，电子单次读出和描述的关键参数，以实现高保真度读出。特别是，我们推导出一个模型的能量选择性状态读出的基础上的电荷探测器的响应，并研究如何通过选择正确的实验参数来优化保真度。尽管我们关注的是单电子自旋读出，但所提出的理论可以应用于使用储存器的半导体中的其他电子读出技术。
2019-02-26 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
Bichromatic Rabi Control of Semiconductor Qubits
本文针对半导体自旋量子比特在大型阵列中的寻址与偏共振驱动难题，提出并实验验证了基于双色微波驱动的量子点空穴自旋相干拉比控制方法，揭示了交流斯塔克位移引起的多色共振与反交叉现象，并确认点间运动是其主要驱动机制。
2025-01-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence Rate of Semiconductor Charge Qubit Coupled to Acoustic Phonon Reservoir
本文分析了双量子点中电子与声学声子相互作用的退相干。对于量子点之间的大隧穿速率，退相干的主要贡献来自声子发射弛豫过程，而对于小隧穿速率，虚声子退相过程占主导地位。我们的研究结果表明，在常见的半导体，如Si和GaAs，后者的机制决定了双点电荷量子比特性能测量的上限。
2003-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase flip code with semiconductor spin qubits
逻辑量子比特的容错操作是实现通用量子计算机的重要要求。基于量子点的自旋量子比特具有很大的潜力，因为它们与标准半导体制造兼容。在这里，我们表明，一个量子纠错码可以实现使用四量子位阵列锗。我们展示了一个共振SWAP门，并通过结合控制Z和控制$\text{S}^{-1}$门，我们构建了一个Toffoli样的三量子比特门。我们执行一个双量子位相位翻转码，发现我们可以通过向辅助量子位施加重新聚焦脉冲来保持数据量子位的状态。此外，我们在三个量子比特上实现了相位翻转码，利用Toffoli类门进行最终校正步骤。量子比特的质量和数量都需要显著的改进才能实现容错。然而，实现量子纠错码的能力使得量子硬件和软件的协同设计开发成为可能，其中针对自旋量子比特的特性定制的代码以及制造和操作的进步现在可以一起将半导体量子技术扩展到通用量子计算机。
2022-02-23 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
Ballast charges for semiconductor spin qubits
本文提出镇流电荷方法，通过在自旋量子比特下方增加屏蔽层并利用感应电荷的反作用，显著降低电荷噪声，使Si/SiGe器件中自旋量子比特的退相干时间平均提升4至6倍。
2024-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlled-Z gate for transmon qubits coupled by semiconductor junctions
我们分析了两个量子位通过外延半导体结的耦合。特别是，我们考虑三种配置，包括对transmons或gatemons，以及gatemon一样的两个量子位形成的外延四端结。这三种配置通过向半导体结附近的金属栅极施加电压来提供量子位之间的相互作用的电控制，并且可以用于自然地实现受控Z栅极（CZ）。我们计算了这种CZ门的保真度和定时。我们证明了在没有退相干的情况下，CZ门可以在$50\ {\rm ns}$下进行，门误差低于$10^{-4}$。
2018-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent microwave photon mediated coupling between a semiconductor and a superconductor qubit
半导体量子比特依赖于对限制在量子点（QD）中的电子或空穴的电荷和自旋自由度的控制。它们构成了量子信息处理的有前途的方法[1，2]，与超导量子比特[3]互补。通常，半导体量子位-量子位耦合是短程的[1，2，4，5]，有效地将量子位距离限制在受限粒子的波函数的空间范围内，这代表了对缩放以达到QD量子位的密集1D或2D阵列的显著约束。随着电路量子电动力学[6]的成功，最近已经实现了半导体QD中限制的电子的电荷[7，8]和自旋[9，10，11]自由度与存储在微波谐振器中的单个光子相互作用之间的强耦合机制。在这封信中，我们演示了超导transmon量子比特和半导体双量子点（DQD）电荷量子比特之间的相干耦合，该耦合由可调谐高阻抗SQUID阵列谐振器中的虚拟微波光子激发作为量子总线[12，13，14]。transmon-电荷量子比特相干耦合速率（$ \sim$ 21 MHz）超过transmon（$ \sim$ 0.8 MHz）和DQD电荷（$ \sim$ 3 MHz）量子比特的线宽。通过在一段受控的时间内将量子比特调谐到共振状态，我们观察到这个混合量子系统的组成部分之间的相干振荡。这些结果使得一类新的实验能够探索使用微波光子介导的两量子比特相互作用来创建半导体和超导量子比特之间的纠缠态。本文提出的方法和技术可转移到基于其他材料系统的QD器件，并且可以有益于基于自旋的混合系统。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring the decoherence rate in a semiconductor charge qubit
本文描述了一种测量固态量子比特退相干时间的方法。量子位被编码在与半导体主体中的一对施主杂质结合的单个电子的轨道自由度中。量子位通过动态改变外部电场来操纵。我们表明，通过测量作为控制场参数的函数的成功量子比特旋转的总概率，可以确定退相干率。我们估计了各种系统参数，包括由于电磁涨落和声学声子的退相干率。我们发现，对于合理的物理参数，实验是可能的与现有的技术。特别是，绝热控制场的使用意味着实验可以用控制电子设备进行，时间分辨率为几十纳秒。
2003-02-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lagrange mesh and exact diagonalization for numerical study of semiconductor quantum dot systems with application in singlet-triplet qubits
我们提出了一个高度灵活的计算方案，用于研究二维半导体量子点中受任意外势约束的关联电子。该方法首先对单粒子态进行拉格朗日网格计算，然后计算它们之间的库仑相互作用矩阵元，并将两者结合在多体哈密顿量的精确对角化中。我们将该方法应用于双量子点单重态-三重态量子比特的模拟。我们模拟了一个单重态-三重态量子比特的全量子控制和动力学。我们还使用我们的方法提供了一个精确的对角化的第一性原理模型研究两个单重态-三重态量子比特和他们的电容耦合通过长距离库仑相互作用。
2013-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-induced frequency shift in semiconductor spin qubits
University of Konstanz（康斯坦茨大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
研究半导体自旋量子比特在低温下的频率偏移现象，通过分析声子与量子比特的相互作用，揭示温度对频率影响的非单调依赖关系，并确定最佳温度范围。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust shaped pulses for arrays of superconducting or semiconductor spin qubits with fixed Ising coupling
针对固态量子比特阵列扩展中耦合控制布线复杂的问题，提出基于固定Ising耦合量子比特阵列的鲁棒通用门方案，可适配现有超导与半导体自旋量子比特阵列结构。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge qubits in semiconductor quantum computer architectures: Tunnel coupling and decoherence
我们考虑基于硅中浅施主电子态和GaAs中耦合量子点的电荷量子比特。具体而言，我们研究了P $_2^+$电荷量子比特在Si中的可行性，重点是两个磷施主之间的隧道耦合和电子-声子相互作用引起的量子比特退相干方面的单量子比特特性。通过考虑Si导带的多谷结构，我们表明谷间量子干涉对P $_2^+$电荷量子比特的单量子比特操作具有重要影响。特别是，谷干涉导致以零为中心的隧道耦合强度分布。另一方面，我们发现硅的能带结构并不显著影响电子-声子耦合，从而，量子比特相干。我们还比较了Si：P $_2^+$和GaAs双量子点量子计算机结构的电荷量子比特特性。
2004-12-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
CMOS compatibility of semiconductor spin qubits
School of Electrical Engineering and Telecommunications, UNSW（新南威尔士大学电气与电信工程学院）；DIRAQ（Diraq公司）；IMEC（比利时微电子研究中心）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Edward S. Rogers Sr. Dept. of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto（多伦多大学爱德华·S·罗杰斯Sr.电气与计算机工程系）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems, School of Physics, The University of Sydney（悉尼大学物理学院工程量子系统卓越中心）；Microsoft Quantum Sydney, The University of Sydney（悉尼大学微软量子悉尼实验室）
本文探讨了半导体自旋量子比特与CMOS技术的兼容性，分析了其在材料、操作和系统需求上的差异，旨在推动面向大规模容错量子计算的工业级研发。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor-inspired design principles for superconducting quantum computing
超导电路在量子领域提供了巨大的设计灵活性，最近的成果是证明了几个量子比特系统接近容错量子信息处理的阈值。固态的竞争来自半导体量子比特，其中自然赋予了一些非常有用的性质，这些性质可以用于基于自旋量子比特的量子计算。在这里，我们开始探索如何从基于自旋的系统推导出的选择性设计原则可以用来推进超导量子比特科学。我们沿着这条道路迈出了第一步，提出了一种编码量子位的方法，可实现与国家的最先进的可调约瑟夫森结量子位。我们的研究结果表明，这种设计理念有希望，能够实现无微波控制，并为未来的量子位设计提供了一条新的途径，例如具有更高的保真度，或者可能在更高的温度下运行。该方法也特别适合于基于可变超半结的量子位。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electric Dipole Spin Resonance of 2D Semiconductor Spin Qubits
单层过渡金属二硫属化合物（TMD）为半导体器件提供了一种新的二维平台。一个这样的应用是作为量子位的量子点，由此添加的低维晶体物理学（即光学自旋选择规则）可以证明TMD是有竞争力的候选者。TMD单层的能带结构提供了许多不同的自由度及其组合作为潜在的量子位基，主要是电子自旋、谷同位旋以及由于强自旋轨道耦合而导致的两者的组合，称为Kramers量子位。单层MoX $_2$（其中X=S或Se）中的纯自旋量子位可以通过能量隔离单个谷并通过足够小的量子点半径和大的垂直磁场的组合调谐到该谷内的自旋简并状态来实现。在这样一个TMD自旋量子比特中，我们从理论上分析了电偶极自旋共振引起的单量子比特转动。我们采用一个旋转波近似的二阶时间依赖的Schriffi-Wolf有效哈密顿量推导出的拉比频率的单量子位振荡的解析表达式，并优化的机制或参数，以显示振荡$250\,{\rm MHz}$。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
A trilinear quantum dot architecture for semiconductor spin qubits
针对半导体自旋量子比特规模化缺乏可扩展互连方案的问题，提出物理布局简单、可独立布线且连通性优于二维方格的三线性量子点架构，结合三维集成低温CMOS控制方案，为百万级自旋量子比特系统研发提供兼容现有半导体技术的可行框架。
2025-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-driven coherent operations of a semiconductor quantum dot charge qubit
量子比特最直观的实现是位于两个明确定义的位置的单个电子电荷，例如双量子点的左侧和右侧。由于电场与电子的强耦合，这种量子比特不仅简单，而且具有高速运行的潜力。然而，电荷噪声也强烈耦合到这种量子比特，导致几乎所有工作点的快速退相，除了一个特殊的“甜蜜点”。快速直流电压脉冲已被用于操纵半导体电荷量子比特，但这些以前的实验没有实现高保真度控制，因为直流门控需要偏离甜蜜点。在这里，通过使用谐振交流微波驱动，我们实现了半导体电荷量子比特的相干操纵，证明拉比频率高达2GHz，接近4.5GHz的本征量子比特频率的值。量子比特的Z轴旋转在甜蜜点处得到了很好的保护，并且通过使用交流门控，我们证明了对量子比特布洛赫球的X-Y平面中的任意轴的旋转的相同保护。我们使用两个独立的层析成像方法：标准的过程层析成像和一个新开发的方法称为门集层析成像的量子比特上的操作的特点。这两种方法都表明，相对于一组通用的酉单量子比特操作，该量子比特可以以大于86%的过程重复性进行操作。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonadiabatic quantum control of a semiconductor charge qubit
我们演示了单电子电荷量子比特的多脉冲量子控制。量子比特的操纵通过施加非绝热电压脉冲到表面耗尽栅极和读出实现使用量子点接触电荷传感器。我们观察到响应于π/2 -π/2脉冲序列的激发态占据中的Ramsey条纹，并提取距离电荷简并点约60 ps的T2*。模拟结果表明，这些结果可以扩展到实施的电荷回波，通过减少点间隧道耦合和脉冲上升时间，从而增加非绝热脉冲。
2012-03-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Operating semiconductor qubits without individual barrier gates
本文提出一种无需独立势垒栅极即可调谐半导体自旋量子比特间交换相互作用的方法，通过改变柱塞栅极电压实现两量子比特操作，简化制造并保持通用量子计算所需控制。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytical Solutions for N-Electron Interacting System Confined in Graph of Coupled Electrostatic Semiconductor and Superconducting Quantum Dots in Tight-Binding Model with Focus on Quantum Information Processing
给出了一个基于位置的量子比特和N个相互作用的量子比特的紧束缚模型的解析解，其中N个相互作用的量子比特由耦合量子点的准一维网络实现，该网络由二维和三维中任意拓扑结构的连通或不连通图表示，其中每个分离的图上都有一个电子。在省略自旋自由度的情况下，描述了各种电磁环境下电子的量子动力学态。对物理场演化保持两能级系统占有率的任何情况，推导并公式化了阿达玛和相位旋转门的作用。描述了放置在基于位置的量子比特中的量子态的加热和冷却过程。描述了基于位置的量子比特与电磁腔的相互作用。特别地，给出了基于位置的量子比特之间的非局域通信。它开辟了在静电CMOS量子计算机（量子芯片）中实现量子互联网的前景。描述了超导约瑟夫森结与耦合半导体量子点中基于位置的量子比特之间的界面，为超导量子计算机与半导体量子计算机之间的静电界面奠定了基础。利用最小紧束缚模型研究了约瑟夫森结中Andreev束缚态在半导体量子位附近的改变以及与超导量子位的静电相互作用.所得到的结果允许在半导体量子计算机和超导量子计算机之间创建接口。他们打开了构建QISKIT的前景，就像软件一样，将描述两种类型的量子计算机及其接口。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Crosstalk error correction through dynamical decoupling of single-qubit gates in capacitively coupled singlet-triplet semiconductor spin qubits
除了磁场和电荷噪声对自旋量子比特操作产生不利影响外，在多个耦合的单重态-三重态量子比特之一上执行单量子比特门提出了一个新的挑战-串扰，这在任何多量子比特量子计算架构中都是不可避免的（并且必须最小化）。我们开发了一组动态校正的脉冲序列，其被设计为消除两种类型的噪声的影响（即，场和电荷）以及对前导阶的串扰，并为所有24个单量子位Clifford门的这些校正序列提供参数。然后，我们提供了一个估计的误差作为噪声和电容耦合的函数，比较我们的校正门的保真度，其未校正的版本。在当前工作中提出的动态纠错协议对于下一代单重态-三重态量子比特设备是重要的，在下一代单重态-三重态量子比特设备中，许多量子比特之间的耦合将变得相关。
2018-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor Quantum Computation
半导体材料作为信息时代的重要材料，在量子信息领域发挥着越来越重要的作用。在过去的几十年里，半导体量子计算在世界范围内得到了深入的研究，并以惊人的速度发展。从量子比特的初始化、控制和读出到容错量子计算的体系结构，都是量子计算领域的研究热点。本文首先介绍了量子计算的基本思想，然后讨论了半导体中单量子位和双量子位门控的发展。到目前为止，量子比特的初始化，控制和读出可以实现相对高保真度，甚至可以演示可编程的双量子比特量子处理器。然而，要进一步提高量子比特的质量并将其规模化，仍然存在一些挑战需要解决，例如读出方法的改进，材料开发和可扩展设计。我们讨论这些问题，并介绍进展的前沿。最后，考虑到半导体量子器件研究的积极趋势和量子计算应用的最新理论工作，我们预计半导体量子计算可能会在不久的将来快速发展并对我们的生活产生巨大影响。
2019-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Crystalline superconductor-semiconductor Josephson junctions for compact superconducting qubits
本研究利用半导体WSe₂弱连接的垂直堆叠范德华约瑟夫森结，实现了稳健的约瑟夫森耦合及厚度依赖的行为转变，并成功制备出频率匹配设计参数的全晶体transmon量子比特，展示了其在紧凑型超导量子器件中的应用潜力。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave Emission from Hybridized States in a Semiconductor Charge Qubit
我们研究了双量子点中单电荷非弹性隧穿产生的微波辐射。辐射被检测到的点能级与显着的最大值发生在谐振与电容耦合的传输线谐振器之间的失谐配置的宽范围内。正向和反向谐振失谐发射的功率被发现是在良好的协议与速率方程模型，它认为是杂交的个别点电荷状态。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quaternionic description of semiconductor position-based qubits
本文提出半导体单电子器件中位置量子比特的四元数描述方法，将复值哈密顿量转换为四元数，并给出单体和多体静电相互作用下的量子演化算子形式。
2025-06-20 cond-mat.mes-hall
Theory of semiconductor quantum-wire based single- and two-qubit gates
提出了一种基于GaAs/AlGaAs的双量子比特量子器件，通过测量稳态电流-电压特性，可以控制纠缠的产生并直接检测纠缠.我们发展了一种开放系统的两粒子格林函数方法，并对三维相互作用纠缠系统的性质进行了非微扰计算。我们提出了具体的设备设计和详细的，电荷自洽的预测。其中一个量子位是一个全电马赫-曾德尔干涉仪，它由两个带有耦合窗口的静电定义的量子线组成，而第二个量子位是一个静电定义的双量子点，位于量子线下方的第二个二维电子气中。我们发现通过调节两个量子点之间的隧穿耦合可以从外部控制器件的纠缠度。
2007-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement-Based Entanglement of Semiconductor Spin Qubits
该研究针对半导体自旋量子比特的基于测量的纠缠问题，推导了硅双点摆动模式自旋量子比特对的随机主方程并开展数值模拟，发现提升腔外耦合率可在保持一定产率的情况下显著提高纠缠保真度，为实验实现提供了方向。
2023-12-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Description of interface between semiconductor electrostatic qubit and Josephson junction in tight binding model
描述了超导约瑟夫森结与耦合半导体量子点中基于位置的量子比特之间的界面，为超导量子计算机与半导体量子计算机之间的静电界面奠定了基础。利用最小紧束缚模型研究了约瑟夫森结中的Andreev束缚态在半导体量子位的存在及其与超导量子位的静电相互作用下的变化.所获得的分析结果允许在半导体量子计算机和超导量子计算机之间创建接口。他们打开了构建QISKIT的前景，就像软件一样，将描述两种类型的量子计算机及其接口。关键词：静电纠缠，半导体-超导量子计算机接口，紧束缚BdGe方程，解析解，拓扑态，混合量子计算机
2020-05-07 cond-mat.mes-hall
Optimal quantum gates for semiconductor qubits
我们利用最优控制理论来设计受退相干影响的固态量子比特的优化量子门。以栅控半导体量子点分子为例，我们证明了声子耦合引起的退相干可以得到很强的抑制。我们的研究结果表明，在固体中的量子控制策略更广泛的类。
2007-01-15 cond-mat.mes-hall
A diverse set of two-qubit gates for spin qubits in semiconductor quantum dots
针对半导体量子点自旋量子比特，提出一种基于海森堡相互作用的快速复合双量子比特门方案，扩展了可用门类型并降低器件要求，实验验证与模拟高度吻合，助力NISQ计算。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
12-spin-qubit arrays fabricated on a 300 mm semiconductor manufacturing line
本文介绍了英特尔在300毫米半导体生产线上制造的代号为Tunnel Falls的12量子点自旋量子比特阵列芯片，验证了利用工业级大批量制造工艺实现可扩展自旋量子比特平台的可行性。
2024-12-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-Distance Superexchange between Semiconductor Quantum-Dot Electron Spins
半导体量子点自旋量子比特由于其长的相干时间和潜在的可扩展性，在量子信息处理方面具有很大的前景。然而，保持量子点自旋量子位之间的高连接性，这有利于具有最近邻耦合的线性阵列，对大规模量子计算提出了挑战。在这项工作中，我们提出的证据，长距离自旋链介导的超交换耦合的电子自旋量子比特在半导体量子点。我们弱耦合两个电子自旋的两端的两个网站的自旋链。根据链的自旋状态，我们观察到远端自旋之间的振荡。我们解决了两端的自旋和链本身的动力学，我们的测量与模拟一致。超交换是一种很有前途的量子点自旋量子位之间长距离耦合的技术。
2021-01-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor Circuits for Quantum Computing with Electronic Wave Packets
本文提出利用半导体电路中飞行电子波包实现量子计算，通过时间仓架构和单量子化模式电子干涉大幅降低硬件需求，为紧凑可扩展的容错量子计算奠定基础。
2024-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generic Hubbard model description of semiconductor quantum dot spin qubits
我们引入哈伯德模型作为经典电容电路模型的简单量子推广来研究半导体量子点自旋量子比特。我们从理论上证明了在没有量子涨落的情况下，我们的模型等价于通常的电容电路模型。然而，我们的模型自然包括量子效应，如跳跃和自旋交换。广义哈伯德模型的参数可以直接从稳定性图的实验曲线中读出，也可以从微观理论中计算出来，从而在两者之间建立了定量的联系。我们发现，虽然主要的拓扑结构的电荷稳定性图是由网站间和网站库仑排斥之间的比率，精细的细节的稳定性图揭示了有关量子效应的信息。使用我们的哈伯德模型方法从实验中提取量子信息很简单，但需要测量分辨率增加一个数量级。
2011-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pseudospin Quantum Computation in Semiconductor Nanostructures
我们从理论上表明，自发层间相干双层量子霍尔液滴应该允许强大的和容错的赝自旋量子计算在半导体纳米结构与电压调谐外部门提供量子位控制和量子伊辛哈密顿提供量子位纠缠。使用自旋玻色子模型，我们估计退相干小$(\sim 10^{-5})$。
2003-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Towards quantum internet and non-local communication in position based qubits
利用Jaynes-Cummings紧束缚哈密顿量描述了两个半导体静电量子比特通过物质与辐射相互作用纠缠在量子电磁谐振腔中的系统中基于位置的量子比特之间的非局域通信.利用简化模型解释了位置相关量子比特间的量子通信原理。所有阶段的推导。讨论了两个半导体位置相关量子比特与量子电磁腔相互作用的情形，导出了具有重整化紧束缚系数的紧束缚哈密顿量的一般形式.所得结果为量子网络的构建和量子互联网的前景奠定了基础。所提出的工作带来了在基于静电位置的量子位之间创建量子通信网络的前景，所述量子位可在半导体单电子器件中实现，特别是在当前的CMOS技术中。同时也描述了两个电容相互作用的量子比特被偏置到量子电磁腔中的情况。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave photon-mediated interactions between semiconductor qubits
在半导体量子点中实现远距离电荷或自旋量子比特之间的相干界面是量子信息处理的一个公开挑战。在这里，我们演示了由几十微米分离的双量子点电荷量子比特之间的共振和非共振光子介导的相干相互作用。我们提出了明确的光谱证据的集体增强的两个量子比特的共振耦合。当两个量子比特都从谐振器失谐时，我们观察到由虚光子介导的量子比特之间的交换耦合。在这两种情况下，明显的亮态和暗态的量子位场相互作用的对称性所管辖的被发现。我们的观察是在良好的定量协议与主方程模拟。提取的两个量子比特的耦合强度显着超过组合的谐振子量子比特系统的线宽。这表明该方法对于在基于量子点的系统中创建光子介导的双量子比特门是可行的。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
Reduced sensitivity to charge noise in semiconductor spin qubits via symmetric operation
我们展示了交换耦合半导体量子点的改进操作，大大降低了交换操作的电荷噪声的敏感性。该方法涉及在电荷状态反交叉之间对称地偏置双点，其中交换能量相对于栅极电压的导数被最小化。通过调整隧道耦合，交换保持高度可调。我们发现，与电荷态反交叉附近的操作相比，这种方法将电荷噪声的退相效应降低了五倍以上，从而增加了我们量子位中可观察到的交换振荡的数量。性能也随着汇率的提高而提高，有利于快速量子操作。
2016-03-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Correlated coherent oscillations in coupled semiconductor charge qubits
设计相干过程是发展量子信息技术的关键。研究了耦合半导体双量子点（DQD）中两个空间分离电子的相干动力学，通过调节DQD的栅极电压，实现了不同的双量子比特操作.特别是二阶关联相干振荡为分离粒子的量子关联提供了功能量子过程。这一结果对电子器件中量子纠缠的研究具有启发意义。
2009-05-09 cond-mat.mes-hall
Frequency-resolved decoherence spectroscopy of a semiconductor charge qubit coupled to a high-impedance resonator
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Microsoft Quantum Lab Delft（微软量子实验室代尔夫特）；Lund University（隆德大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Leiden University（莱顿大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
通过将GaAs双量子点电荷量子比特耦合到高阻抗SQUID阵列谐振器，进行频率分辨退相干光谱研究，揭示了弛豫和纯退相干的分离及不同频率下的主导机制，观察到弛豫率的三次方标度，归因于压电声子耦合。
2026-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Semiconductor Nanowire-Based Superconducting Qubit
我们介绍了一种基于半导体纳米线和外延生长的超导层的混合量子比特。类transmon器件（“gatemon”）的约瑟夫森能量由耗尽半导体弱连接区中的载流子的静电栅极控制。在这些第一代器件中，证明了与片上微波腔的强耦合和通过栅极电压脉冲的相干量子比特控制，产生了相当长的弛豫时间（0.8 μs）和失相时间（1 μs），超过栅极操作时间两个数量级。因为量子位控制依赖于电压而不是通量，所以电阻控制线中的耗散减少，屏蔽减少串扰，并且通量控制的缺乏允许在磁场中操作，这与拓扑量子信息相关。
2015-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Scalable gate architecture for densely packed semiconductor spin qubits
我们展示了一个12量子点设备上制造的未掺杂的Si/SiGe异质结构作为一个可扩展的，线性的半导体量子点栅极架构的概念验证。该器件由9个线性阵列的量子点和3个单量子点电荷传感器组成。我们展示了可再现的单个量子点充电和轨道能量，相对于9点阵列的平均值，标准偏差小于20%。单量子点电荷传感器具有8.2 × 10^{-4} e/root（Hz）的电荷灵敏度，并允许研究实时电荷动态。作为该装置的多功能性的演示，我们使用单次读取来测量在磁场B = 1 T下的自旋弛豫时间T1 = 170 ms。通过重新配置器件，我们形成了两个电容耦合的双量子点，并提取了200 microeV的相互充电能量，这表明50 GHz的双量子位门操作速度是可行的。
2016-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting-semiconductor quantum devices: from qubits to particle detectors
材料生长和制造技术的最新改进可能最终使超导半导体实现其潜力。在这里，我们建立在最近的建议，以构建超导设备，如电线，约瑟夫森结，量子位内外的单晶硅或锗。使用原子制造技术，如STM氢光刻，可以在单晶中构建重掺杂超导区域。我们描述了基本超导元件--一维导线和隧道约瑟夫森结--的特性参数，并估算了掺硼硅的值。这些器件的外延单晶性质，以及器件设计的极端灵活性，可以实现低噪声或新型器件和物理。我们考虑这种超硅器件的应用，表明最先进的transmon量子比特和抢手的相位滑移量子比特都可以实现。后一种量子位利用了这些材料的天然高动力学电感。在此基础上，我们探索了基于动力学电感的粒子探测器（例如，光子或声子），在天文学或纳米力学中具有潜在的应用。我们讨论了超半导体器件（如硅，锗或金刚石），这将不需要原子制造方法，今天可以实现。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tuning methods for semiconductor spin--qubits
我们提出了有效的方法来可靠地表征和调整门定义的半导体自旋量子比特。我们的方法是针对GaAs异质结构中半导体双量子点的调谐过程而设计的，但可以很容易地适用于其他量子点类量子比特系统。这些调谐过程包括点间隧道耦合的表征、与周围引线的隧道耦合以及用于量子位操作的各种快速初始化点的识别。由于基于量子点的自旋量子位与标准半导体工艺技术兼容，因此有望实现良好的可扩展性，因此一旦达到多量子位阶段，有效调整量子点参数的挑战只会在不久的将来增长。由于预期将用作未来自动调整协议的基础，这里提供的所有测量都是快速执行和易于分析的表征方法。它们可以在几秒钟内对相关量子位参数进行定量测量，几乎不需要人为干预。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall
Tomographic Signatures of Interacting Majorana and Andreev States in Superconductor-Semiconductor Transmon Qubits
本文研究超导体-半导体 transmons 量子比特中基态结库珀对电荷分布的层析重建，提出通过电荷态概率分布特征识别相互作用态与拓扑态，并利用信息论指标分类结中激发类型差异。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytical view on non-invasive measurement of moving charge by position-based semiconductor qubit(s)
在单电子CMOS器件的框架下，提出了自由空间运动电荷的检测方法。为加速器束流诊断和太阳风探测等新型探测器的研制开辟了前景。在简化的紧束缚模型框架下，给出了噪声作用于半导体量子点中位置量子比特的一般唯象模型。利用紧束缚方程描述了加速器束流对两个静电耦合量子比特系统的影响。各种拓扑结构的基于位置的量子比特被描述为移动电荷的量子检测器。保留字：紧束缚模型，基于位置的量子比特，非侵入性量子测量，量子比特系统的量子退相干，加速器束诊断，静电噪声，相位旋转门，基于位置的量子比特
2020-07-07 cond-mat.mes-hall
Semiconductor-based electron flying qubits: Review on recent progress accelerated by numerical modelling
电荷操纵在基于电子束的纳米器件中的进展为实现单电子飞行量子比特开辟了一条新的途径，在本文中，我们介绍了这些电子飞行量子比特的概念，讨论了它们最有前途的实现方式，并展示了数值模拟如何适用于加速实验开发周期。为了应对学术界和量子企业目前面临的飞行量子比特的技术挑战，我们强调跨学科合作对推动新兴量子产业向前发展的重要性。综述包括两个主要部分：电子飞行量子位的途径：我们解决了三条路线的单电子输运在GaAs基器件的表面声波，热电子发射从量子点泵和Levitons。对于每种方法，我们讨论了最新的实验结果，并指出如何数值模拟促进工程的电子飞行量子位。量子器件的数值模拟：我们回顾了制造飞行量子位所需的全部数值模拟。选择适当的模型，基本的量子力学模拟的例子进行了详细说明。我们讨论的应用程序的开源（KWANT）和商业（nextnano）平台的飞行量子位建模。讨论指出了软件工具对于设计专为高效操作而设计的量子设备的重要意义。
2022-07-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum simulation of Kibble-Zurek mechanism with a semiconductor electron charge qubit
Kibble-Zurek机制描述了对称性破缺相变中的拓扑结构，它可能表现为早期宇宙中的宇宙弦或超流体中的涡旋线。在Kibble-Zurek机制和教科书量子现象之间的一个特别有趣的类比，Landau-Zener跃迁已经被发现，但迄今为止很难观察到。近年来，人们对使用不同的良好控制的物理设置的量子模拟产生了广泛的兴趣，其中完全可调谐性允许访问未探索的参数机制。在这里，我们展示了一个证明的原理量子模拟的Kibble-Zurek机制使用一个单电子电荷量子比特的双量子点，设置为表现为朗道-齐纳动力学。我们测量的量子比特状态作为驱动脉冲速度的函数，并成功地再现Kibble-Zurek一样的拓扑缺陷密度对淬火速率的依赖性。半导体二能级系统的高度可控性使其成为检验拓扑缺陷形成过程关键要素的平台，并为非平衡相变研究提供了新的视角。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
