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
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
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
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
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
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
Self-sustained current oscillations in spin-blockaded quantum dots
在自旋阻塞的双量子点中观察到的自持电流振荡被解释为在外部磁场和自旋转移力矩下自旋阻塞区域中动态极化核自旋（沿极限环）的周期运动的结果。它示出，基于Landau-Lifshtz-Gilbert方程，一系列的半稳定极限环，霍普夫和同宿分支发生外磁场调谐。同宿分岔附近的发散周期很好地解释了为什么实验中的周期如此之长并且变化了许多数量级。
2012-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
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
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
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
Anisotropic Pauli spin blockade in hole quantum dots
我们目前的测量栅极定义的双量子点在锗硅核壳纳米线，我们调整到一个制度，可见壳填充在两个点。我们观察到泡利自旋封锁，并可以分配在低磁场的自旋翻转共隧穿，我们测量的各向异性相关的各向异性g因子的强测得的漏电流。在更高的磁场下，我们看到由（1，1）-单线态和（2，0）-三线态之间的自旋轨道耦合引起的漏电流的特征。考虑到这些各向异性的自旋翻转机制，我们可以选择具有最长自旋寿命的磁场方向用于改进的自旋轨道量子比特。
2016-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
Dynamic Coulomb blockade in single-lead quantum dots
研究了安德森杂质量子点对施加在单耦合引线上的一系列斜升驱动电压的瞬态动力学响应。基于开放耗散系统的运动形式主义的分层方程计算瞬态电流[J. Chem. Phys. 128，234703（2008）]。在非线性响应和非绝热充电状态下，瞬态响应电流的特征共振特征清晰而真实地反映了量子点的能量结构.我们还讨论和评论在这项工作中使用的理论形式主义的物理和数值方面。
2008-07-27 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
Magnetic field dependence of Pauli spin blockade: a window into the sources of spin relaxation in silicon quantum dots
研究了硅双量子点中自旋弛豫随点间失谐量和磁场的变化。在\sim 40 mT场尺度上，漏电流随磁场变化的下降归因于自旋轨道介导的自旋弛豫。在一个更大的（\sim 400 mT）的字段规模，在漏电流的峰值被认为是在一些，但不是所有的，保利阻止过渡，并归因于自旋翻转cotunneling。理论和实验结果表明，峰和谷的结构符合得很好。
2011-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bias-induced chiral current and topological blockadein triple quantum dots
通过解析推导和精确的分层运动方程计算，研究了三角形三重量子点（TTQD）环与两个储层连接时的量子输运性质.首次证明了在无磁场的情况下，偏置诱导的手征电流，这是由于非平衡TTQD中自旋规范场与自旋电流之间的耦合诱导了一个标量自旋手征，从而提高了手征简并度和时间反演对称性.证明了手征电流在库仑阻塞范围内随偏压振荡，这为利用纯电操纵控制手征自旋量子比特提供了可能。然后，通过谱函数分析阐明了由于手性态的局域化而导致的输运电流的拓扑阻塞。最后，作为一个可测量的特性，我们的系统中的磁电磁化率被发现约两个数量级以上的一个典型的磁电材料在低温下。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
The role of antisymmetric orbitals and electron-electron interactions on the two-particle spin and valley blockade in graphene double quantum dots
本文实验研究了双电子双层石墨烯双量子点中的自旋和能谷阻塞，发现该阻塞受反对称轨道、电子-电子相互作用及能谷g因子差异限制，并基于速率方程模拟验证了相关能级跃迁。
2025-03-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pauli Blockade in Silicon Quantum Dots with Spin-Orbit Control
量子计算依赖于量子位的精确测量，不仅用于读取计算的输出，而且还用于执行纠错。大多数提出的可扩展的硅架构利用泡利阻断三重态的自旋到电荷转换。在最近的实验中，有一些情况下，泡利封锁只在平行自旋配置之间持续，而不是传统的三重封锁读出，$|T_0\rangle$迅速弛豫到单线态，并留下$|T_+\rangle$和$|T_-\rangle$状态被封锁-我们称之为\textit{parity readout}。这两种类型的封锁都可以用于量子计算中的读出，但至关重要的是要最大限度地提高保真度并了解系统运行的机制。我们设计并进行了一个实验，在该实验中，奇偶校验和单重态-三重态读出之间的交叉可以通过研究$|T_0\rangle$弛豫速率的基本物理来确定。通过控制由自旋-轨道耦合引起的点之间的塞曼能量差，该速率在四个数量级上是可调的，这又取决于所施加的磁场的方向。我们提出了一个理论模型，结合电荷噪声和弛豫效应，定量地解释我们的结果。调查模型的分析和数值，我们确定的策略，以获得按需的单三重态或奇偶校验读出一致的大阵列的点。我们还讨论了如何奇偶读出可以用来执行完整的两个量子比特的状态断层扫描和它的影响，在大规模硅量子计算机的量子错误检测方案。
2021-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Machine learning unveils multiple Pauli blockades in the transport spectroscopy of bilayer graphene double-quantum dots
本文通过建立理论模型并结合机器学习，系统研究了双层石墨烯双量子点中的多重泡利阻塞现象，实现了对泡利阻塞区域的实时自动检测，为二维材料自旋-谷量子比特实验提供了基础。
2023-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Highly Tunable Two-Qubit Interactions in Si/SiGe Quantum Dots by Interchanging the Roles of Qubit-Defining Gates
NextQuantum, Department of Physics and Astronomy, and Institute of Applied Physics, Seoul National University（首尔大学）；QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
该研究通过交换重叠纳米栅极的角色，提高了Si/SiGe量子点中双量子比特相互作用的可调性，减少了单量子比特相位偏移并简化了多量子比特控制。
2026-07-07 quant-ph
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
Universal quantum computation with electron spins in quantum dots based on superpositions of spacetime paths and Coulomb blockade
利用静电门来控制电子的位置，提出了一种基于量子点的可控非门。量子比特态被选择为量子点中多余导体电子的自旋态;我们方案的主要成分是电子时空路径的叠加和库仑阻塞效应。所有操作仅在单个量子点上进行，并且基于基本相互作用。该方案无需借助自旋-自旋项或其他假设的相互作用，只需一个专用电路和必要数量的量子点即可实现。量子计算的门保真度。
2004-10-20 quant-ph
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
Three-carrier spin blockade and coupling in bilayer graphene double quantum dots
针对静电定义的双层石墨烯量子点，研究其电荷构型$(1,2)\rightleftarrows(0,3)$下的自旋阻塞现象，分析泄漏电流对隧道耦合及磁场的依赖性，揭示了共隧穿、自旋-谷混合等机制的作用。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pauli Spin Blockade in a Resonant Triple Quantum Dot Molecule
量子点系统中的泡利自旋阻塞是指仅允许某些自旋态的电荷输运，它已成为半导体自旋量子位器件中的一种有效工具。本文从理论上研究了在外加磁场作用下，由三个相同量子点组成的三重量子点分子中的泡利自旋阻塞。当三电子态与二或四电子态共振时，Aharonov-Bohm振荡和塞曼分裂导致周期性的自旋阻塞效应。我们专注于在两个和三个电子共振的自旋封锁，并表明，我们可以调整的磁场，选择性地只允许自旋单重态或自旋三重态添加一个额外的电子从隧道耦合的铅。这种自旋阻断使三个量子点保持在对抗电荷噪声的最佳甜蜜点，证明了其作为量子点系统中量子位的有效读出方案的潜力。
2022-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spatial noise correlations beyond nearest-neighbor in ${}^{28}$Si/SiGe spin qubits
本研究在 Si/SiGe 自旋量子比特阵列中探测到次近邻比特间 10% 的噪声关联，并建立理论模型预测关联随距离多项式衰减，量化了长程噪声关联对系统可扩展性与容错性的影响。
2023-02-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
