On-chip cavity quantum phonodynamics with an acceptor qubit in silicon
我们描述了一个基于芯片的，固态模拟腔QED利用声学声子，而不是光子。我们展示了硅纳米机械腔中的长寿命和可调谐受主杂质态如何发挥相干声子的物质非线性的作用，例如，约瑟夫森量子比特在电路量子电动力学中起作用。在1 - 20 GHz范围内的腔中可以达到强耦合（拉比振荡数~100）和强色散耦合（0.1 - 2 MHz）机制，从而能够控制单个声子、声子-声子相互作用、受体量子位的色散声子读出以及与其他光学机械组件（如声子-光子翻译器）的兼容性。我们预测明确的实验签名的受体腔系统。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Acceptor-induced bulk dielectric loss in superconducting circuits on silicon
本文揭示硅中硼受主是限制超导电路性能的强耦合两能级系统来源，通过扫描硼浓度和施加磁场展示了体介电损耗极限及其抑制方法，证明下一代超导量子处理器需要超高纯度衬底。
2024-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin relaxation and donor-acceptor recombination of Se$^+$ in 28-silicon
硅中的硒杂质是深双施主，由于其在红外探测中的应用，近年来对其光学和电学性质进行了研究。然而，单离子化硒供体（Se $^{+}$）具有电子自旋，这使其成为硅基自旋量子位的潜在候选者，与更常研究的V族供体相比具有显著的潜在优势。在这里，我们研究的电子自旋弛豫（$T_1$）和相干（$T_2$）时间的硒$^{+}$在同位素纯化的28-硅，并发现它们是两个数量级以上的温度高于$\sim 15$ K浅V族施主。我们进一步研究了硒和硼之间的施主-受主复合动力学，证明了通过中性Se $^0$的光激发来控制施主电荷态是可能的。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Acceptor-based silicon quantum computing
提出了一种量子比特间偶极耦合的固态量子计算机。量子比特由硅中孤立受体的低位态形成。该系统具有基于自旋的固态系统所固有的可扩展性，但量子位之间的空间分离要大一个数量级。尽管强偶极量子比特间耦合，退相干率，测量电偶极回波在1.5 GHz的能量分裂，在低温下小于1 kHz。对于100 nm的受体间距离和适度的微波场振幅（50 V/cm），量子计算机的时钟频率为0.1 GHz，其产生105的品质因数。本文描述了量子计算机的检测和操作的想法，并研究了噪声源带来的限制。
2003-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Multi-hole models for deterministically placed acceptor arrays in silicon
我们用三种方法计算了硅中受主团簇的电子结构，包括电子相关性：全组态相互作用，Heitler-London近似和非限制性Hartree-Fock方法。我们表明，HL方法和UHF方法是很好的近似基态的完整的CI计算的受体对和有限的线性链。有限长线性链的总能量表明，当链的末端有一个弱键时，会形成一个4重简并基态，这是一个拓扑边态的流形。我们确定了在键长的临界模式的基态的角动量组成的变化，并显示它是有关的交叉在福克矩阵本征值。我们还测试了对称性的UHF解决方案，并将其与完整的CI;对称性被打破，几乎所有的安排下形成的磁状态在UHF，我们发现进一步打破对称性的一些特定的安排有关的交叉或潜在的交叉之间的福克矩阵特征值。我们还计算了从Fock矩阵的本征向量获得的受体的电荷分布：在链端的弱键，两个空穴位于链的两端，而其他空穴在中间几乎均匀分布;这意味着存在非平凡的边缘态。我们应用UHF方法来处理具有周期边界条件的无限长线性链。我们发现在UHF近似的能带结构和计算Zak相位的占用福克矩阵的本征值，我们发现他们不正确地预测在这个相互作用系统的拓扑边缘状态。我们发现直接研究表征边缘态的量子数可以更好地了解它们的拓扑性质。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall
Single Atom Qubits: Acceptors
硅中的受主掺杂剂原子最近已被确定为基于自旋的量子技术的引人注目的候选者。对受体量子比特的兴趣最终来自受体束缚空穴的性质，其中自旋-轨道耦合量化总角动量$J=3/2$而不是自旋，赋予它们与电场和弹性场的四极耦合。单原子受体量子比特的这种特性使它们能够通过声子、电容或微波光子介导的相互作用进行长距离的电控制和耦合。作为量子技术路线图中的一个贡献，本节回顾了单受体器件的进展，同位素纯化硅中受体的超长相干时间的观察，并评论了单量子位测量，长距离耦合和可扩展的受体自旋技术的未来挑战。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reaction pathways of BCl$_3$ for acceptor delta-doping of silicon
BCl $_3$是一个有前途的候选原子精度受体掺杂硅，但优化与这种技术创建的结构的电性能需要详细了解这种前体的吸附和解离途径。在这里，我们使用密度泛函理论和扫描隧道显微镜（STM），以确定和探索这些途径的BCl $_3$在Si（100）在不同的退火温度。我们表明，BC1 $_3$选择性吸附没有反应势垒，随后解离相对容易与反应势垒$\approx$ 1电子伏特。使用这种解离途径，我们对动力学蒙特卡罗模型进行参数化，以预测B掺入率与给药条件的函数关系。STM是用来成像BC1 $_{3}$吸附，确定几个表面配置和跟踪其分布的变化作为退火温度的函数，匹配的动力学模型的预测以及。这种原子精度受体掺杂的直接途径有助于实现广泛的应用，包括双极纳米电子学，基于受体的量子比特和超导Si。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay between quantum confinement and dielectric mismatch for ultra-shallow dopants
了解界面附近掺杂物的电子性质是纳米尺度器件的关键挑战。我们测定了介电失配和量子限制对氢钝化硅（100）表面下单个受主电离能的影响。虽然在界面处的真空和硅之间的介电失配导致图像电荷，这增强了次表面受体的结合能，但量子限制被示出为降低结合能。使用扫描隧道光谱，我们测量共振输运通过局域态的个别受体。电导峰的热加宽提供了绝对能量标度的直接测量。我们的数据明确地表明，这两个独立的影响竞争的结果，电离能小于5毫电子伏低于批量值小于玻尔半径的受体从接口。
2013-07-01 cond-mat.mes-hall
Single-Electron Capacitance Spectroscopy of Individual Dopants in Silicon
最近的运输实验和拟议的原子级半导体器件的动机，我们提出的测量，扩展扫描探针方法的范围，以辨别硅样品的表面下几十纳米的单个掺杂剂的属性。使用基于电容的方法，我们既有空间分辨的单个次表面硼受体，又有光谱检测的单个空穴进入和离开这些微小的原子系统。被确定为B+状态的共振示出从受体到受体的能量转移。我们研究这种行为与最近邻距离。通过直接测量量子能级和测试掺杂剂-掺杂剂相互作用的影响，这种方法代表了未来原子级半导体器件开发的有价值的工具。
2009-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charged impurity scattering and mobility in gated silicon nanowires
我们研究了带电杂质散射对<110>-取向Si纳米线在栅全环几何结构中的电子输运性质的影响，其中杂质势被栅、栅氧化层和导带电子屏蔽。用紧束缚方法计算了掺杂纳米线的电子结构，用Landauer-Buttiker格林函数方法和线性化玻尔兹曼输运方程（LBTE）在第一玻恩近似下计算了其输运性质.结果表明：（1）磷（P）和硼（B）掺杂体系在电子传输中存在很大的差异，受主对电子起隧道势垒的作用，而施主对电子传输起Fano共振的作用。(2)因此，在低载流子密度下，P-掺杂纳米线中的迁移率比B掺杂纳米线中的迁移率大得多，但是在高载流子密度下，B掺杂纳米线中的迁移率可以更大。(3)单个杂质的电阻强烈地依赖于其在纳米线中的径向位置，特别是对于受主。(4)作为子带结构和屏蔽效应的结果，杂质限制的迁移率可以在嵌入在HfO 2中的薄纳米线中比在体Si中更大。然而，受体可能会强烈阻碍嵌入SiO2中的薄纳米线中的电子流动。(5)微扰LBTE在很大程度上无法预测量子限制纳米线的正确迁移率。
2010-06-25 cond-mat.mes-hall
Hopping Conduction via Ionic Liquid Induced Silicon Surface States
为了阐明离子液体（IL）对固体的门控物理，我们门控了轻掺杂的$p$ -Si，其被研究得如此之好，以至于它可以被称为“固态物理学的氢原子”，并且可以用作离子液体的测试床。我们探讨的情况下，在Si表面的诱导空穴的浓度低于$10^{12}\text{cm}^{-2}$，数百倍小于记录值。我们发现，在这种情况下，一个多余的负离子绑定IL和Si之间的界面上的空穴成为表面受体。我们研究了空穴在这种最近邻受主之间跳跃的表面电导。分析这种电导率的受体浓度依赖性，我们发现，一个洞的本地化长度是在合理的协议与我们的直接变分计算其结合能。所观察到的跳跃电导率类似于充分研究的$\text{Na}^{+}$注入Si MOSFET。
2015-08-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Charge-insensitive single-atom spin-orbit qubit in silicon
片上自旋量子比特阵列的高保真纠缠带来了许多挑战。自旋轨道耦合（SOC）可以通过电偶极-偶极相互作用、微波光子或声子实现长程纠缠来缓解其中一些挑战。然而，SOC使常规自旋量子位暴露于来自电噪声的退相干。在这里，我们提出了一种基于受体的硅自旋轨道量子比特，在一个甜蜜点提供远程纠缠，其中量子比特被保护免受电噪声的影响。量子位依赖于具有界面和栅极电势的四极SOC。根据表面码的要求，在预测的自旋寿命中，$10^5$电介导的单量子位和$10^4$偶极-偶极介导的双量子位门是可能的。此外，单自旋电路量子电动力学是可行的，包括色散读出，腔介导的纠缠，自旋光子纠缠。采用工业相关的硅基平台。
2017-01-05 cond-mat.mes-hall
Hole-Spin-Echo Envelope Modulations
半导体量子点中的空穴自旋或与受主杂质结合的空穴自旋显示出作为潜在量子比特的希望，部分原因是它们与近端核自旋的弱的各向异性超精细耦合。由于超精细耦合很弱，因此很难测量。然而，各向异性的超精细耦合可以产生大量的自旋回波包络调制，可以进行傅立叶分析，以准确地揭示超精细张量。在这里，我们给出了一个一般的理论分析的空穴自旋回波包络调制（HSEEM），并将此分析应用到硅中的硼受体空穴自旋的具体情况。对于无应变硅中的硼受体自旋，超精细和塞曼哈密顿近似各向同性，导致可以忽略不计的包络调制。相反，在应变硅中，轻空穴自旋量子比特可以被能量隔离，我们发现超精细哈密顿量和$g$张量是足够的各向异性，给自旋回波包络调制。我们表明，有一个最佳的磁场方向，最大限度地提高了在这种情况下的包络调制的可见性。超精细耦合的微观估计的基础上，我们发现，最大调制深度可以是大量的，达到$\sim 10\%$，在一个中等的实验室磁场，$B\lesssim 200\,\mathrm{mT}$。
2019-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Computational Assessment of Silicon Quantum Gate Based on Detuning Mechanism for Quantum Computing
硅基量子计算具有低成本、高集成度和与CMOS技术兼容等潜在优势。失谐机制已被用于实验实现硅双量子位量子门和可编程量子处理器。本文通过对基于失谐机制的硅量子门模型的数值模拟，研究了量子门的标度行为和可变性问题。研究了量子门调制的器件物理特性、器件速度和量子保真度之间的权衡以及可变性对量子算法实现的影响。结果表明，在低工作电压下实现高速、保真度的硅量子门是一个很有吸引力的研究方向。为了扩大规模，降低器件的可变性和减轻可变性效应被认为是不可缺少的，以可靠地实现基于失谐机制的硅量子门的量子计算算法。提出了一种利用控制电子学来减轻量子门可变性的方案。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall
Quantum transport in the cylindrical nanosize silicon-based MOSFET
建立了一个模型，详细研究了流过具有封闭栅电极的圆柱形纳米尺寸MOSFET的电流。横向电荷输运的量子力学特征由Wigner分布函数描述，该分布函数明确地处理由于声学声子和受主杂质引起的电子散射。进行了数值模拟，以获得一组不同的沟道长度的I-V特性。结果表明，包括碰撞项的数值模拟是很重要的源极-漏极电压的低值。计算结果进一步表明，散射导致沟道中电子密度的增加，从而消除了I-V特性中的阈值扭结。的电子相空间分布的分析表明，散射不阻止电子作为一个狭窄的流流过通道，弹道和扩散运输的功能可以同时观察到。
2000-04-02 cond-mat.mes-hall
Towards scalable silicon quantum computing
我们报告的努力和挑战，致力于建立一个可扩展的量子计算机的基础上硅自旋量子位。我们回顾了依赖于薄膜技术制造的器件的优点，因为它们的特性可以通过背栅电压原位调谐，这预示着可扩展量子位架构的调谐能力。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall
Role of magnetic doping in topological HgTe and application of the Gram-Schmidt method for computing impurity states in quantum wells
本文提出Gram-Schmidt正交化方法计算HgTe量子阱中磁性掺杂杂质态，确定杂质能级和局域半径，并评估束缚磁极化子能量及其对量子霍尔输运的影响。
2025-03-31 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
Alternative approach to computing transport coefficients: application to conductivity and Hall coefficient of hydrogenated amorphous silicon
我们介绍了一个理论框架计算复杂材料的输运系数。作为第一个例子，我们解决了长期存在的不一致的实验和理论有关的非晶硅的导电性和霍尔迁移率，并表明霍尔符号异常是局部状态的后果。接下来，我们计算了无定形聚苯胺的交流电导率。该形式适用于涉及源自静态拓扑无序和扩展态的缺陷和带尾态的复杂材料。该方法可以容易地与当前的\textit{ab initio}方法集成。
2010-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Silicon in the Quantum Limit: Quantum Computing and Decoherence in Silicon Architectures
半导体架构由于其大的工业基础和感知的可扩展性潜力而为量子信息处理（QIP）应用带来希望。硅中的电子自旋特别地可以是用于QIP并且还用于自旋电子学（自旋电子学）应用的优秀架构。虽然电子的电荷很容易被带电栅极操纵，但自旋自由度与电荷波动很好地隔离。固有的小自旋-轨道耦合和自旋零Si同位素的存在促进长的单自旋量子比特相干时间。在这里，我们考虑由于施主，量子阱和量子点，包括由于声子和Rashba自旋轨道耦合的影响，在硅中的局域电子态的弛豫特性。我们的分析受到硅的复杂多谷能带结构和硅量子阱中以前未解决的物理问题的阻碍。我们发现，硅，特别是应变硅中的电子自旋具有良好的退相干特性。在可能的情况下，我们与实验进行比较，以检验我们的理论。我们超越了量子计算机中的相干性问题，进入了控制和测量问题。在半导体结构中，正是自旋弛豫时间如此之长，使得自旋测量如此困难。为了解决这个问题，我们提出了一个新的自旋读出方案，它具有自动自旋初始化，量子计算和量子纠错的重要组成部分的额外好处。我们的研究结果代表了设计和构建硅基量子计算机的重要实践里程碑。
2007-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon edge-dot architecture for quantum computing with global control and integrated trimming
提出了一种基于硅金属氧化物半导体技术的可扩展的量子信息处理架构，结合了来自平面和3D绝缘体上硅技术的量子硬件元件。这种架构是在“单位单元”的方法，其中平铺细胞在两个维度，并允许细胞间最近邻的相互作用，使架构与容错量子计算的表面码兼容。该架构利用全局控制方法，大大降低了处理器的复杂性：单量子位控制是使用全局应用的自旋共振技术实现的，两个量子位的相互作用是由大量子点介导的。此外，通过集成用于量子点电压参考的单独微调的电子器件，提出了对器件变化的解决方案。这样一组组合的解决方案解决了在完全基于硅的架构中扩展量子机器的几个主要障碍。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Donor-acceptor recombination emission in hydrogen-terminated nanodiamond: Novel single-photon source for room-temperature quantum photonics
本文提出并验证氢终端纳米金刚石中窄荧光谱线源于施主-受主对辐射复合，证明其可作为室温下发射速率超100万计数/秒的高性能单光子源。
2023-10-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Scaling silicon-based quantum computing using CMOS technology: State-of-the-art, Challenges and Perspectives
本文分析了基于CMOS技术的硅基量子计算系统的扩展前景，指出利用半导体工业专有技术制造类硅场效应晶体管量子比特，是解决通用量子计算机扩展挑战的关键契机。
2023-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Automated Atomic Silicon Quantum Dot Circuit Design via Deep Reinforcement Learning
强大的自动化设计工具对于任何计算技术的扩散都至关重要。我们介绍了硅悬挂键量子点计算技术的第一个自动化设计工具，这是一个非常通用和灵活的单原子计算电路框架。自动化设计器能够通过采用tabula rasa双深度Q学习强化学习算法来导航任意大小的设计区域和真值表的复杂的多维设计空间。鲁棒的政策收敛证明了广泛的两个输入，一个输出逻辑电路和两个输入，两个输出半加法器，设计了一个数量级少的SiDBs在几个数量级的时间比文献中唯一的其他半加法器。我们预计，基于强化学习的自动化设计工具将加速SiDB量子点计算技术的发展，最终将其应用于专业计算硬件。
2022-04-13 cond-mat.mes-hall cs.ET
GHz photon-activated hopping between localized states in a silicon quantum dot
我们讨论了在4.2K下，吉赫光子辐照对简并磷掺杂硅量子点的影响，特别是在栅引线上产生的电压偏移和一个或两个电子通过库仑阻塞解除而隧穿的影响。一个半解析模型，解释了实验观察到的主要特点。最终，这两种效应都可以提供一种有效的方式来通过微波脉冲光学控制和操作电隔离结构。在量子计算架构中，这些结果可能导致使用微波多路复用来操纵多量子位配置中的量子态。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall
Strong spin-photon coupling in silicon
我们报道了单电子自旋与单微波光子的强耦合。电子自旋被捕获在硅双量子点中，微波光子被存储在片上高阻抗超导谐振器中。腔光子的电场分量通过来自附近微磁体的强局部磁场梯度直接耦合到双点中的电子的电荷偶极子，并且间接耦合到电子自旋。这一结果为实现基于量子点的自旋量子位寄存器的大型网络开辟了道路，消除了使用自旋量子位进行可扩展量子计算的主要障碍。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall
Magnetic Dirac Fermions and Chern Insulator Supported on Pristine Silicon Surface
在非磁性半导体中出现铁磁性是强烈期望的，特别是在拓扑材料中，由于可能实现量子反常霍尔效应。基于第一性原理计算，我们提出，对于生长在金属衬底上的Si薄膜，具有自发弱重构的原始Si（111）-root 3 xroot 3表面具有强的铁磁性倾向和非平凡的拓扑性质，其特征是自旋极化的Dirac-费米子表面态.与依赖于引入外来载流子或特殊图案化衬底的常规路线相比，原始硅表面上的自发磁序和自旋轨道耦合一起产生具有有限陈氏数C=-1的量子化反常霍尔效应。这项工作表明，在硅基自旋电子学和量子计算中，没有外来掺杂剂或邻近效应，存在令人兴奋的机会。
2016-06-29 cond-mat.mes-hall
Optimal operating temperature for industry-compatible silicon spin quantum computing: colder is not necessarily better
Diraq；School of Electrical Engineering and Telecommunications, University of New South Wales（新南威尔士大学电气工程和电信学院）；Université Grenoble Alpes, CNRS, LPMMC（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、低维磁性物理与材料实验室）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems, School of Physics, University of Sydney（悉尼大学物理学院、ARC工程量子系统卓越中心）
研究硅自旋量子计算最佳工作温度，通过门集层析成像在多温度下对双量子比特硅芯片测试，结合冷却需求与纠错开销开发功率模型，发现有限最佳温度受近1K交叉温度影响，为大规模硅量子计算机提供设计指南。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
An Addressable and Tunable Module for Donor-based Scalable Silicon Quantum Computing
针对施主自旋量子比特的可扩展性与可寻址性难题，提出一种表面码兼容的非对称模块架构，通过引入单个额外施主实现可调双量子比特门和可寻址单量子比特门，保真度超过容错阈值并抑制谷振荡。
2024-12-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal control of the silicon-based donor electron spin quantum computing
我们演示了如何梯度上升脉冲工程最优控制方法可以实现施主电子自旋量子位在硅半导体的架构互补的原始凯恩的建议。我们专注于高保真控制非（CNOT）门，并明确找到其数字化的控制序列，通过优化其保真度的超精细A和交换J相互作用的外部控制。这种高保真CNOT门的误差约为$10^{-6}$，低于容错量子计算所需的误差阈值，其100 ns的操作时间比所提出的全局控制方案的297 ns快约3倍。它也大大放宽了Kane提出的10~ 20 nm的两个相邻施主原子之间的距离限制，使其在30 nm左右，用现有的制造技术可以建立表面A和J门。讨论了控制电压波动、偶极-偶极相互作用和电子自旋退相干对CNOT门保真度的影响。
2009-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum error correction with silicon spin qubits
大规模量子计算机依靠量子纠错来保护脆弱的量子信息。在量子计算设备的可能候选者中，基于硅的自旋量子比特由于其与成熟的纳米纤维技术的兼容性而具有很大的前景。硅基量子位的最新进展使得高质量的单量子位和双量子位系统的实现成为可能。然而，量子纠错的演示仍然是一个开放的挑战，它需要三个或更多的耦合量子位，往往涉及一个三量子位门。在这里，我们展示了一个硅中的三量子位相位校正码，其中编码的三量子位状态被保护免受三个量子位之一的任何相位翻转错误的影响。对这种编码状态的校正是通过三量子位条件旋转来执行的，我们通过高效的单步共振驱动iToffoli门来实现。正如预期的那样，误差校正减轻了由于一个量子位相位翻转引起的误差以及由于准静态相位噪声引起的固有失相。这些结果显示了量子纠错的成功实现以及硅基平台用于大规模量子计算的潜力。
2022-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
A network of parametrically driven silicon nitride mechanical membranes
本文提出一种基于金属化氮化硅膜的网络系统，通过公共基底耦合和电极电容控制，实现了高品质因数、个体频率调谐和强参数驱动，为模拟计算和复杂系统研究提供了可扩展平台。
2025-06-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Controllable valley splitting in silicon quantum devices
硅具有许多对量子计算有吸引力的特性，并且量子点架构由于其可控性和可扩展性而具有吸引力。然而，硅导带中的多个谷是基于自旋的量子点量子比特的退相干的潜在严重来源。只有当这些谷被大能量分裂时，才能获得适合于量子计算的定义明确且寿命长的自旋态。在这里，我们表明，在以前的实验中观察到的Si/SiGe异质结的小谷分裂的结果从量子阱界面处的原子步骤。在量子点接触的横向限制限制的电子波函数的几个步骤，并大大提高了谷分裂，高达1.5毫电子伏。电子和磁约束的组合产生大于自旋分裂的谷分裂，这在宽范围内是可控的。这些结果改善了在硅基器件中实现具有长相干时间的自旋量子比特的前景。
2007-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-dipole-induced nuclear electric resonance in silicon
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Quantum Academy（国际量子科学院）
本研究理论提出借助超精细相互作用与磁场梯度，在硅中实现电偶极诱导核电共振（EDNER），其强度优于核磁共振，可降低核自旋对电噪声的敏感性，为硅基量子计算提供全电学可寻址控制方案。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopy of Valley Splitting in a Silicon/Silicon-Germanium Two-Dimensional Electron Gas
应变硅量子阱中导电谷的二重简并度的提升对于自旋量子计算是至关重要的。在这里，我们得到了一个准确的测量分裂的谷态在低场区域的兴趣，使用微波光谱技术的电子谷共振（EVR）。我们比较我们的结果与传统的方法，观察线性磁场依赖的谷分裂，和一个强大的低场抑制，符合最近的理论。共振线宽在$T\simeq 300$ mK以上有明显的增强。
2006-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single spin qubit geometric gate in a silicon quantum dot
针对硅量子点单自旋量子比特的噪声干扰问题，引入几何量子计算提升控制保真度，发现热效应掩盖其抗噪特性，优化后有望实现复杂噪声下高保真量子控制。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange in silicon-based quantum computer architecture
硅基量子计算机的提议是过去三年来人们强烈追求的想法之一。在这里，我们计算了硅和锗中的施主电子交换，并证明了Si（和Ge）中量子计算的原子尺度挑战，因为Si（Ge）中的六（4）个导带最小值导致谷间电子干扰，在双施主双电子态的交换分裂中产生强烈的振荡。因此，在单元格内以原子尺度精度定位供体成为决定交换耦合强度的决定性因素-这是硅基量子计算机中双量子位操作的基本成分。
2002-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable Spin Qubit Architecture with Donor-Cluster Arrays in Silicon
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Quantum Academy（国际量子研究院）；Shenzhen Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室深圳分部）
该研究提出一种基于二维供体簇阵列的硅自旋量子位架构，通过共享束缚电子实现多供体地址化，利用可调交换相互作用实现局部全连接，并展示出高保真度的多量子位操作及量子纠错能力。
2026-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong Coupling of a Single Electron in Silicon to a Microwave Photon
由于硅的高质量原生氧化物和成熟的掺杂技术，硅对计算行业至关重要。同位素纯化已经使量子相干性时间达到秒级，从而使硅处于创造固态量子处理器的最前沿。我们证明了硅双量子点中的单电子与微波腔中的光子场的强耦合，正如真空拉比分裂的观察所示。量子点电子与腔光子的强耦合将允许半导体量子点中电子的长程量子位耦合和长程纠缠。
2017-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Commercial CMOS Process for Quantum Computing: Quantum Dots and Charge Sensing in a 22 nm Fully Depleted Silicon-on-Insulator Process
本文展示了在GlobalFoundries 22FDX工业工艺下制造的商业纳米结构中，通过栅电压控制量子点形成与耦合，并首次利用单电子盒传感器在商业工艺中实现有效电荷传感。
2024-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent transport through a double donor system in silicon
量子相干性对于基于施主的量子计算的适用性至关重要。在这封信中，我们描述了在纳米MOSFET中的两个施主引起的导电路径的干扰，导致Fano共振的观察。这证明了两个供体之间的电子的相干交换。此外，两个传导路径之间的相位差可以通过磁场来调节，完全类似于Aharonov-Bohm效应。
2009-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Repetitive single electron spin readout in silicon
限制在硅量子点中的单电子自旋作为量子计算架构具有很大的前景，具有长相干时间，高保真量子逻辑门，基本量子算法和器件可扩展性的演示。虽然单次自旋检测现在是实验室常规，但在大规模量子计算设备中对量子纠错的需求需要量子非破坏（QND）实现。与传统的对应物不同，QND自旋读出对探测的自旋极化施加最小的干扰，因此可以重复以消除测量误差。然而，硅中的电子自旋仍然难以捉摸，因为它涉及将系统精确暴露于外部电路以进行读出，同时保持量子位的相干性和完整性。在这里，我们表明，硅中的电子自旋量子比特可以测量在一个高度非破坏的方式通过探测另一个电子自旋在一个相邻的点伊辛耦合到量子比特自旋。高非破坏保真度（平均99%），使超过20个读出重复的一个单一的自旋状态，产生的整体平均测量保真度高达95%，在1.2 ms内。我们进一步证明，我们的重复QND读出协议可以实现预示着高保真度（> 99.6%）的基态准备。我们基于QND的测量和制备，由第二个相同类型的量子位介导，将允许一类新的量子信息协议与硅中的电子自旋，而不影响结构的均匀性。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Silicon Atomic Quantum Dots Enable Beyond-CMOS Electronics
我们回顾了我们最近在硅表面上构建原子级量子点元胞自动机电路的工作。我们的结构单元由H-Si（001）表面上的硅悬挂键组成，其已被证明是量子点。首先讨论了悬挂键的制备、实验成像和带电特性。然后，我们将展示如何精确组装这些点，以形成人工分子。这种复杂的结构可以用作具有定制光学特性的系统、量子点元胞自动机的电路元件和量子计算。宏观原子连接的考虑进行了讨论。
2013-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
A Multi-Module Silicon-On-Insulator Chip Assembly Containing Quantum Dots and Cryogenic Radio-Frequency Readout Electronics
本文提出一种基于FDSOI CMOS工艺的低温多模块硅芯片组件，集成了低噪声放大器、单刀八掷开关与硅量子点阵列，成功实现了双单电子盒的时域射频多路复用读出，为全硅量子计算系统奠定基础。
2024-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-photon entanglement interfaces in silicon carbide defect centers
固态系统中的光学活性自旋可以被设计成发射与固体中的自旋纠缠的光子。这允许诸如量子通信、量子密钥分发和分布式量子计算之类的应用。最近，人们对碳化硅缺陷产生了浓厚的兴趣，因为它们发射的波长非常接近电信波长，使它们成为远程量子通信的优秀候选者。在这项工作中，我们制定了明确的计划，自旋光子纠缠在几个SiC缺陷：硅单空位，硅双空位，和NV中心的SiC。给出了不同的方法（i）单光子和自旋纠缠和（ii）纠缠光子长串的产生。后者被称为簇状态，并且包括用于基于测量的量子信息处理的资源。
2016-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum tomography of an entangled three-spin state in silicon
量子纠缠是相干量子态的基本性质，也是量子计算的重要资源。虽然两个量子比特的纠缠已经被证明是硅中的自旋，但由于控制多量子比特阵列的困难，例如设备无序，磁和电噪声以及严格的交换控制，多体纠缠的创建，实现量子纠错的第一步，仍然具有挑战性。在这里，我们展示了一个全功能的三量子位阵列在硅中的操作和三量子位Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）状态的产生。我们通过量子态层析术获得了88.0%的态保真度，这证明了一个真正的GHZ级的量子纠缠是不可分的。我们的结果显示了基于硅的量子位平台用于多量子位量子算法演示的潜力。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cryo-CMOS Band-gap Reference Circuits for Quantum Computing
大规模量子计算机的控制接口可能需要电子子系统在极低温下靠近量子位运行。在这里，我们报告的自定义低温CMOS带隙基准电路的低温性能，旨在提供稳定的电压和电流的片上，独立于本地温度波动。我们的电路是在0.35微米硅锗（SiGe）BiCMOS和28纳米全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）CMOS工艺制造的，我们比较每一个的性能。除了作为低功耗基准电压源的特定应用外，这些电路还是开发设计方法的理想测试工具，可减轻低温对电路性能的不利影响。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Quantum CNOT Gate for Spins in Silicon
单量子比特旋转和双量子比特CNOT运算是通用量子计算的关键组成部分。虽然已经使用电子自旋自由度实现了高保真单量子位操作，但由于快速的核自旋退相和电荷噪声，实现鲁棒的CNOT门一直是一个主要挑战。我们展示了一个有效的共振驱动CNOT门的电子自旋在硅。我们的平台实现了单量子位旋转，其重复率> 99%，通过随机基准测试验证。交换耦合的栅极控制允许在~200 ns内实现具有谐振驱动的量子CNOT门。我们使用CNOT门来产生具有75%保真度的Bell态，受限于量子态读出。我们的量子点器件架构为硅中的多量子位算法打开了大门。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rashba spin-orbit coupling and spin relaxation in silicon quantum wells
硅是自旋基器件的主要候选材料，并且已经提出了在硅异质结构中形成的二维电子气（2DEG）用于自旋输运和量子点量子计算应用。这些应用的关键参数是自旋弛豫时间。本文应用D 'yakonov和Perel'（DP）理论计算了低温下任意静态磁场方向下由于结构反转不对称性引起的硅二维电子气的电子自旋共振线宽。我们估计硅量子阱中的Rashba自旋-轨道耦合系数，并找到该机制作为动量散射时间、磁场和器件特定参数的函数的自旋的$T_{1}$和$T_{2}$时间。我们获得协议与现有的数据的角度依赖的弛豫时间，并表明，幅度是一致的DP机制。我们建议如何通过适当的器件设计来增加弛豫时间。
2004-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Utilizing photonic band gap in triangular silicon carbide structures for efficient quantum nanophotonic hardware
碳化硅由于其色心缺陷的长自旋相干性和单光子发射特性而成为量子信息材料平台中的主要材料之一。碳化硅在量子网络、计算和传感中的应用依赖于色心发射到单个光学模式中的有效收集。在这个平台上最近的硬件开发集中在角度蚀刻工艺，保留发射器的属性，并产生三角形的设备。然而，人们对这种几何结构中的光传播知之甚少。我们探索了光子带隙的形成与三角形截面的结构，这可以作为一个指导原则，在碳化硅开发高效的量子纳米光子硬件。此外，我们提出了三个领域的应用：TE通滤波器，TM通滤波器，和高反射率的光子晶体镜，它可以用于有效的收集和传播模式选择的光发射。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Information Processing With Integrated Silicon Carbide Photonics
本文围绕集成碳化硅光子学平台，梳理其色心器件的研究进展，对该平台在量子网络、模拟与计算三大领域的应用作用开展概念与定量分析。
2022-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
