Correlated spectrum of distant semiconductor qubits coupled by microwave photons
我们开发了一种新的光谱方法，快速，直观地表征两个微波光子耦合半导体量子比特通过高阻抗谐振器的耦合。当我们调整量子比特隧道耦合相对于介导光子的频率时，高度独特和独特的几何图案被揭示出来。这些模式与使用Tavis-Cummings模型的模拟非常一致，并且使我们能够容易地识别失谐空间中两个量子位的不同参数机制。这种方法可能是整个光谱工具箱中的一个重要组成部分，用于快速表征多腔QED耦合量子比特的某些集体性质。
2020-11-07 cond-mat.mes-hall
Six-electron semiconductor double quantum dot qubits
我们考虑一个双量子点（DQD）量子比特，它包含六个电子，而不是通常的一个或两个。在这种自旋量子比特中，量子信息被编码在低位的单重态-三重态空间中，就像在双电子DQD量子比特的情况下一样。我们发现，初始化，操作，和读出可以类似地执行的两个电子的情况下，和能量间隙保持足够大，这些操作可以进行稳健。我们认为DQD潜力的参数选择是目前的实验能力的代表。使用两个互补的全组态相互作用方法得到的结果。
2013-04-22 cond-mat.mes-hall
QARPET: A Crossbar Chip for Benchmarking Semiconductor Spin Qubits
本文提出QARPET交叉开关芯片架构，在平面锗上实现可容纳1058个空穴自旋量子比特的可扩展阵列，并通过40个单元的实验验证了寻址、电荷噪声及自旋相干时间等关键性能，为自旋量子比特的规模化统计表征奠定基础。
2025-09-21 cond-mat.mes-hall
Gate-Sensing Charge Pockets in the Semiconductor Qubit Environment
我们报告了使用色散栅极传感（DGS）作为探测异质结为基础的量子位器件的电荷环境的一种手段。DGS技术检测与单电子隧道事件相关的量子电容中的小位移，被证明对可能在定义量子位及其读出传感器的表面栅极下方和周围的潜在景观中的电荷袋敏感。配置一个量子点接触（QPC）作为一个本地化的发射极，我们展示了这些电荷袋是如何激活的电子隧穿通过势垒的弛豫。电荷袋的存在会在栅极偏置中产生不受控制的偏移，并且它们通过片上隧道电流的热激活表明了导致半导体量子比特中的退相干的电荷噪声的进一步来源。
2017-06-29 cond-mat.mes-hall
Microwave-Driven Transitions in Two Coupled Semiconductor Charge Qubits
研究了两个电容耦合GaAs/AlGaAs少电子双量子点之间的相互作用。每个双量子点定义了一个可调的两能级系统或量子位，其中一个多余的电子占据一个点或另一个点的基态。应用微波辐射，我们共振驱动状态之间的转换，并使用近端量子点接触电荷检测器非侵入性地测量占用变化。通过在固定的微波频率下驱动两个量子比特系统，同时改变两个双量子点的能量失谐，来探测相互作用的两个量子比特系统的能级结构。我们观察到额外的共振跃迁符合一个简单的耦合双量子位哈密顿模型。
2009-07-14 cond-mat.mes-hall
Dynamics of two coupled semiconductor spin qubits in a noisy environment
我们理论上考虑两个耦合自旋量子比特的时间动力学（例如，半导体量子点）由量子位间自旋-自旋耦合驱动。环境噪声的存在（例如，电荷陷阱、核自旋、随机磁性杂质）通过在哈密顿量中包括随机磁场和随机量子位间耦合项来解释。自旋量子位之间的海森堡耦合和伊辛耦合都被考虑，分别对应于适合于单自旋和单重态-三重态半导体量子位系统的交换门和电容门。的交换（海森堡）和电容（伊辛）耦合的情况下，甚至在噪声的存在下也可以精确地数值求解，从而得出以下关键发现：（i）对于许多但不是所有的起始自旋构型，在强噪声的存在下，到初始状态的稳态返回概率保持接近于1，以及（ii）作为时间的函数的返回概率是振荡的，具有朝向稳态值的特征噪声控制衰减。我们还提供了耦合的两个量子比特系统的磁化动力学的结果。我们预测的动力学可以直接在现有的半导体自旋量子位设置中进行测试，从而深入了解它们的相干相互作用动力学。保持初始状态的自旋记忆，即使在强环境噪声的存在下，使用自旋量子比特的量子计算具有重要的意义。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Exact analytical treatment of multiqubit noisy dynamics in exchange-coupled semiconductor spin qubits
电荷噪声仍然是半导体自旋量子位量子信息技术发展的主要障碍。我们使用精确的解析计算来确定准静态电荷噪声对三个等间距交换耦合量子点环的影响。我们计算了从一个特定的初始状态的无序平均返回概率，并用它来确定相干时间T2*，并表明它只取决于无序强度，而不是平均相互作用强度。我们还使用微扰的方法来研究其他三个或四个量子比特的安排，发现返回概率包含多个振荡频率。这些振荡以高斯方式衰减，由哈密顿量的能级差异决定。我们给出了定量值门时间导致几个目标的qualities。我们发现退相干时间随着量子比特数的增加而减小。我们的工作提供了有用的分析洞察耦合自旋量子比特的电荷噪声动力学。
2021-05-04 cond-mat.mes-hall
Simultaneous single-qubit driving of semiconductor spin qubits at the fault-tolerant threshold
研究在二维自旋量子比特阵列中实现同时驱动多量子比特的高保真单比特门，提出N-copy随机基准测试技术，测得单比特保真度达99.992%，双比特和四比特同步保真度分别为99.905%和99.34%，证明次近邻对对串扰误差具鲁棒性。
2023-07-26 cond-mat.mes-hall
Entangling spin and charge degrees of freedom in semiconductor quantum dots
在这篇理论手稿中，我提出了一个在三角形三重量子点结构中纠缠单电子半导体自旋量子比特和单电子半导体电荷量子比特的方案。三个量子点中的两个用于定义单电子半导体电荷量子比特。此外，自旋量子位嵌入在第三量子点的塞曼子能级中。将单量子位门与纠缠CNOT门组合允许构建SWAP门，并且因此使用半导体自旋量子位作为半导体电荷量子位的长寿命存储器。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor quantum ring as a solid-state spin qubit
提出了在由一个或几个电子占据的量子环中实现自旋量子比特的方法。量子比特涉及最高占据轨道的塞曼子能级。这样的量子比特可以被初始化、寻址、操纵、读出并相干耦合到其他量子环。对弛豫和退相干进行了广泛的讨论。通过与量子点的类比，计算了实验上可实现的量子环结构的自旋-轨道相互作用引起的自旋弛豫时间。条件下，量子比特建立在量子环可以有很长的弛豫时间的顺序秒。快速改进的纳米纤维技术使得这种环形器件在实验上是可行的，从而有望用于量子态工程。
2010-11-11 cond-mat.mes-hall
Microcavity-mediated Coupling of Two Distant Semiconductor Qubits
在光子晶体微腔中观察到两个不同的InAs/GaAs量子点的长距离（1.4 μ m）相互作用。任何量子点的p态中的共振光激发导致量子点和腔模两者的s态发射的增加。腔介导的耦合可以通过改变激发强度来控制。这些结果代表了使用远程固态量子比特实现量子逻辑操作的实验步骤。
2009-08-09 cond-mat.mes-hall
Computer-automated tuning of semiconductor double quantum dots into the single-electron regime
我们报道了GaAs异质结构中栅定义半导体双量子点的计算机自动调谐。我们通过在四个量子点的线性阵列内创建三个双量子点来对算法进行基准测试。该算法为所有栅极设置正确的栅极电压，以将双量子点调谐到单电子状态。该算法只需要（1）门设计的先验知识和（2）由所有量子点共享的单个门$T$的夹断值。这项工作大大简化了用户调谐多个量子点设备所需的工作。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit qubit in a semiconductor nanowire
电子的运动可以通过称为自旋-轨道相互作用的基本效应影响它们的自旋。这种相互作用提供了一种电子控制自旋的方法，因此是自旋电子学的基础。即使在单电子的水平上，自旋轨道相互作用也被证明是有希望实现相干自旋旋转的。在这里，我们报告的自旋轨道量子位实现在InAs纳米线，自旋轨道相互作用是如此之强，自旋和运动不能再分开。在这种机制下，我们实现了快速量子比特旋转和通用的单量子比特控制，只使用电场。我们通过动态地将量子位与环境解耦来增强相干性。我们的量子位是可单独寻址的：它们托管在单电子量子点中，每个量子点都有不同的Landé g因子。纳米线量子比特的演示为利用纳米线的优势用于量子计算开辟了道路。纳米线可以作为可扩展量子位寄存器的一维模板。纳米线的独特之处在于，即使在线生长期间，也可以轻松地改变材料。这种灵活性可以用来设计具有抑制退相干的导线，并将半导体量子比特的精度推向纠错水平。此外，在pn结纳米线中，电学点可以与光学点集成。这里实现的相干时间足以将电子量子比特转换为光子，即飞行量子比特，用于长距离量子通信。
2010-10-30 cond-mat.mes-hall
Real-time milli-Kelvin thermometry in a semiconductor qubit architecture
本研究针对硅纳米线量子点器件，提出两种基于射频反射测量的微秒级时间分辨测温方案，可探测局域电子与声子温度，能追踪热动力学过程，为研究极低温半导体量子器件非平衡热特性及自旋量子比特加热效应提供新手段。
2024-06-20 cond-mat.mes-hall
Distributing entanglement between distant semiconductor qubit registers using a shared-control shuttling link
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学量子纳米科学卡弗里研究所和QuTech）；QuTech and Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO)（QuTech和荷兰应用科学研究组织（TNO））
本研究通过共享控制穿梭链接在远距离半导体量子比特寄存器间实现量子纠缠，利用自旋轨道诱导旋转补偿协议，生成贝尔态并验证纠缠。
2026-01-06 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction induced dephasing of coupled spin qubits in semiconductor double quantum dots
从理论上研究了具有有限单重态-三重态分裂J的双量子点中两电子自旋态的超精细诱导退相.特别地，我们导出了一个有效的纯退相哈密顿量，当超精细诱导混合由于相对较大的J和外部磁场而被抑制时，这个有效的纯退相哈密顿量是有效的.使用两个量子理论的基础上重申的环形图和半经典的方法，我们确定的制度所定义的外部磁场，单重态-三重态分裂的值，并在总的有效磁场的不均匀性占主导地位的退相过程。我们解决了单重态和非极化三重态叠加的自由感应和哈恩回波衰减（这两种情况都与双量子点中实现的单重态-三重态量子比特有关）。我们还研究了两个单自旋量子比特的超精细引起的交换门误差。III-V族半导体以及硅基量子点的结果。
2013-08-28 cond-mat.mes-hall
Fundamental description of Wannier qubits of any topology in semiconductor by analytical and numerical computations
本文从薛定谔理论出发，对基于位置的半导体量子比特的各种拓扑结构的紧束缚模型进行了论证。简单的紧束缚模型允许描述大集成规模的单电子器件。这是由于紧束缚模型忽略了薛定谔模型中由电子-电子相互作用产生的积分-微分方程。给出了从薛定谔方程导出紧束缚模型的两种方法。第一种方法是利用由薛定谔方程得到的格林函数。第二种方法是将泰勒展开应用于薛定谔方程。所得结果可推广到多个Wannier量子比特的情形，并可应用于二维和三维模型。在薛定谔形式下，我们提出了各种关联函数，这些函数可以用来描述Wannier量子比特系统中静态和含时的电场和磁场极化。所提出的工作的中心结果之一依赖于耗散过程的出现在光滑弯曲的半导体纳米线的经典和量子图像的情况下。所给出的结果给出了任何拓扑结构的静电Q交换门的物理描述使用开环纳米线的基础。我们观察到强烈的本地化的波包由于纳米线弯曲。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall
Geometric phases in semiconductor spin qubits: Manipulations and decoherence
我们描述了在自旋轨道耦合的情况下，量子点中单电子自旋在经典或量子电场作用下所产生的几何相位效应。一方面，所施加的电场可用于控制几何相位，这允许在不使用高频磁场的情况下执行量子相干自旋操纵。另一方面，波动场诱导导致自旋弛豫和失相的随机几何相位，从而限制了这种自旋作为量子比特的使用。我们估计的衰减率，由于压电声子和传导电子在电路中，都代表占主导地位的电噪声源具有不同的功率谱。
2008-01-09 cond-mat.mes-hall
Controlled Quantum Operations of a Semiconductor Three-Qubit System
电子之间的库仑相互作用在各种量子系统中的多量子比特耦合中起着重要的作用。在这里，我们展示了基于三个电容耦合半导体双量子点的三个电子电荷量子比特的受控量子操作。一个双量子点和另外两个双量子点之间的强相互作用使得我们能够通过两个控制量子比特的状态来控制一个目标量子比特的相干旋转。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange interaction of hole-spin qubits in double quantum dots in highly anisotropic semiconductors
研究了在磁场和电场共同作用下，硅纳米线双量子点中两个空穴自旋量子比特之间的交换相互作用。基于对称性的论点，我们表明，存在一个有效的自旋，即使在高度各向异性的半导体中是保守的，只要该系统具有相对于所施加的磁场的方向的双重对称性。这一发现有利于量子比特基态的定义，简化了耦合量子点中两量子比特门的交换相互作用形式。如果磁场是沿一个通用的方向，立方各向异性项作为一个有效的自旋轨道相互作用引入新的交换耦合，即使是反演对称设置。以硅纳米线双点为例，给出了各向异性交换相互作用项的相对强度，并计算了$\sqrt{\text{SWAP}}$门的保真度。此外，我们表明，各向异性引起的自旋轨道效应可以与直接Rashba自旋轨道相互作用的实验可行的电场强度。
2020-04-16 cond-mat.mes-hall
Spin Orbit Mediated Manipulation of Heavy Hole Spin Qubit in Gated Semiconductor Nanodevices
提出了一种新的自旋电子学纳米器件，它能够以相干的方式操纵单个重空穴自旋态。它可以充当单个量子逻辑门。重空穴自旋转换是通过在纳米器件顶部沉积的金属栅极所限定的闭环周围传输空穴来实现的。该设备利用Dresselhaus自旋轨道相互作用，将空穴的空间运动转化为自旋的旋转。所提出的量子门在亚纳秒时间尺度上操作，并且仅需要施加弱静态电压，这允许单独寻址重空穴自旋量子比特。我们的研究结果得到了四带Luttinger-Kohn模型的量子力学含时计算的支持。
2012-02-08 cond-mat.mes-hall
Quantum control and process tomography of a semiconductor quantum dot hybrid qubit
门控量子点和现代微电子学中的晶体管之间的相似性-在制造方法，物理结构和操作电压标度-导致了对半导体量子点中量子比特（qubit）的开发的极大兴趣。虽然量子点自旋量子比特已经表现出较长的相干时间，但它们的操作通常比未来重要应用（如因子分解）所需的要慢。此外，当量子位尽可能简单时，可扩展性和可制造性得到增强。先前的工作已经通过利用集成微磁体、核自旋的动态泵浦或添加第三个量子点来提高自旋量子比特旋转的速度。在这里，我们展示了一种新的量子位，它既简单-它不需要特殊的准备和生活在一个双量子点，没有增加复杂性-是非常快的：我们演示了完全控制的布洛赫球与$π$ -旋转时间小于100 ps在两个正交方向。我们报告全过程层析成像，提取高分辨率等于或大于85%的X-旋转和94%的Z-旋转。我们讨论了一条路径向前的量子纠错的阈值更好的qualities。
2014-01-17 cond-mat.mes-hall
Semiconductor Qubits In Practice
近年来，半导体量子比特经历了一个显着的演变，在克服退相干以及可扩展性的前景方面取得了巨大的进步，并已成为大规模量子线路发展的主要竞争者之一。在这篇综述中，我们描述了目前的最先进的半导体电荷和自旋量子比特的基础上的栅极控制的半导体量子点，浅掺杂剂，和宽带隙材料中的色心。我们在量子模拟，计算，传感和网络的背景下，不同的半导体量子比特实现的相对优势。通过强调基本类型的半导体量子比特的现状和未来前景，这篇评论旨在为非专业人士提供技术介绍，并为打算在这一领域工作的科学家提供前瞻性参考。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-information processing in semiconductor quantum dots
我们提出了一种在半导体量子点中进行量子信息处理的全光学实现方案，其中电子空穴激发（激子）作为计算自由度（量子比特）。强点限制导致激子态的强重整化，其类似于量子信息处理的基于NMR的实现，可以用于执行有条件和无条件量子位操作。
2001-04-09 cond-mat.mes-hall
Semiconductor charge qubit relaxation due to two-phonon processes
从理论上研究了双量子点系统中电子轨道态的双声子弛豫过程。特别地，我们计算了弛豫速率如何依赖于量子点之间的间隔距离，量子点限制的强度，和晶格温度。通过特定的点间距离和晶格温度，和不同的散射通道的相对强度的速率的增强进行了讨论。我们的研究结果表明，虽然在低温（$T \sim 1$ K）的双声子过程是几乎四个数量级弱于一个声子过程相比，在放松的电子轨道状态，在室温下，他们是一样重要的一个声子过程。
2005-08-09 cond-mat.mes-hall
Designing defect-based qubit candidates in wide-gap binary semiconductors for solid-state quantum technologies
新型量子比特的发展是拓展固态量子信息科学技术的关键。利用第一性原理计算，我们提出大的金属离子-空位复合物是两种二元晶体中有希望的量子比特候选者：4 H-SiC和w-AlN。特别是，我们发现，中性Hf-和Zr-空位复合物的形成是积极有利的固体，这些缺陷具有自旋三重态基态，与电子结构类似的金刚石NV中心和SiC双空位。有趣的是，它们表现出不同的自旋-应变耦合特性，并且重金属离子的性质可以允许在期望的晶格位置中容易地进行缺陷注入，并确保针对缺陷扩散的稳定性。为了支持未来的实验鉴定建议的缺陷，我们报告预测其光学零声子线，零场分裂和超精细参数。这里确定的缺陷设计概念可以推广到其他二元半导体，以促进新的固态量子位的探索。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall
Tomography of the two-electron spin qubits in semiconductors
提出了一种利用层析技术重建半导体量子点中双电子自旋量子比特态的方法。该过程利用了对被困在点中的电子自旋的快速门操作和底层Ga和As核的动态核极化的组合。该方法可作为固态量子计算中全面表征量子比特态及其关联的重要工具。
2010-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid Exchange Measurement-Based Qubit Operations in Semiconductor Double Quantum Dot Qubits
基于测量的量子计算（MBQC）以物理量子比特的多项式增加为代价，承诺与量子纠错码的自然兼容性。MBQC提案主要集中在光子系统上，其中2量子比特门是困难的。另一方面，量子点中的半导体自旋量子比特通过交换相互作用提供快速的2量子比特门。在基于交换的量子计算中，与其他固态量子比特一样，泄漏到更高的状态是一个必须减轻的严重问题。在这里，提出了两种混合测量交换方案，其量化了MBQC对基于量子点的量子计算的益处。在单重态-三重态基础上测量双量子点编码的量子比特，以及量子比特间和量子比特内交换相互作用，用于执行一个和两个量子比特操作。这两种方案都抑制了单个量子位自旋态泄漏误差，提供了快速的门时间，并且只需要可控的交换耦合，直到已知的相位和泡利校正。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
2-dimensional semiconductors pave the way towards dopant based quantum computing
自1998年提出使用半导体中的掺杂剂作为量子比特来构建量子计算机以来，在半导体纳米制造和控制单个掺杂剂中的电荷和自旋方面取得了很大进展。然而，一个重要的问题仍然存在，这是在原子尺度上的掺杂剂定位的控制。我们建议通过使用二维材料作为宿主来规避这个问题。自2004年首次分离石墨烯以来，具有良好电子性能的新型2D材料的数量一直在增长。二维系统中的掺杂剂更紧密地结合，并且可能更容易定位和操纵。考虑到目前可用的2D材料的属性，我们访问隔离掺杂剂（用于单量子位操作）和掺杂剂对（用于两个量子位操作）的可操纵性方面的这种建议的可行性。我们的研究结果表明，各种各样的2D材料可以执行至少以及目前研究的散装主机施主量子位。
2018-01-07 cond-mat.mes-hall
Pulse-controlled qubit in semiconductor double quantum dots
我们提出了一个数值优化的单电子电荷量子比特的量子控制的多脉冲框架。我们的框架定义了一组脉冲序列，必要的理想量子位基的操作，避免与计算子空间以外的激发相关的错误。一种新的控制方案可以自动操纵量子位，同时保持高速和执行一般单量子位旋转的能力。该基础生成空间局域化的逻辑量子比特状态，使得读出简单明了。我们考虑实验现实的半导体量子比特有限的脉冲上升和下降时间，并确定最快的脉冲序列产生最高的保真度。我们表明，我们的协议导致改进的量子位的控制。我们提出了一个双量子点在半导体器件的模拟可视化和验证我们的协议。这些结果可以推广到其他物理系统，因为它们只依赖于脉冲上升和下降时间以及两个最低本征态之间的能隙。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pseudospin and Quantum Computation in Semiconductor Nanostructures
本文综述了在量子霍尔体系中利用垂直耦合量子点进行赝自旋量子计算的理论研究。我们讨论了这些集体的，基于电荷的量子比特的鲁棒性和可寻址性。一组耦合的量子比特的低能希尔伯特空间产生一个有效的量子伊辛模型，通过外部门可调。耦合量子点系统的库仑阻塞光谱中的奇偶效应的实验预测探测了实现这些量子比特所必需的参数机制。
2005-09-14 cond-mat.mes-hall
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
Realization of arbitrary single-qubit gates through control of spin-orbit couplings in semiconductor nanowires
我们提出了一个理论方案，通过两个简单的设备单元实现任意单量子比特门：一维半导体线与Dresselhaus自旋轨道耦合（SOC）和Rashba SOC，分别。当穿过半导体导线时，由电子自旋编码的量子比特信息可以由SOC精确地操纵。Dresselhaus线和Rashba线中不同的操纵行为使我们能够制作不同的量子逻辑门。此外，通过串联Dresselhaus和Rashba单元，我们得到了一组通用的单量子比特门：Hadamard，相位和$π/8$门，推断可以实现任意单量子比特门。由于在两个器件单元中满足总的传输，所以我们得到的所有逻辑门都是无损的。此外，在本研究中提出了一种弹道自旋电子开关。
2006-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Semiconductor materials stacks for quantum dot spin qubits
在这篇透视文章中，我将砷化镓、硅和锗作为栅极定义量子点自旋量子比特的材料平台进行基准测试。我专注于材料堆栈，量子点架构，能带结构特性和电子输运无序的限定符。这篇简短的笔记远非详尽无遗，应该被认为是对更大自旋量子比特量子处理器的材料挑战和机遇的第一次介绍。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Circuit QED using a semiconductor double quantum dot
在由GaAs双量子点和共面波导谐振腔组成的耦合量子比特谐振腔系统中观察到真空拉比分裂。导出的量子位-谐振腔耦合强度和退相干率的值表明强耦合，这保证了系统中的明显真空拉比振荡。退相干的幅度是合理的解释在GaAs中的压电声学声子的电子耦合。
2012-06-04 cond-mat.mes-hall
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
Tunable coupling and isolation of single electrons in silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots
硅金属氧化物半导体自旋量子比特已经证明了极长的相干时间，出色的单量子比特门的稳定性和双量子比特逻辑，使其成为量子信息处理的领先平台之一。尽管如此，这个系统长期存在的挑战是证明单电子之间的可调谐隧道耦合。在这里，我们克服了这个障碍与门定义的量子点，并显示耦合，可以调整和关闭量子操作。我们利用电荷感测来区分双量子点的（2，0）和（1，1）电荷态，并显示出优异的电荷灵敏度。我们展示了可调谐耦合高达13 GHz，通过拟合电荷极化线，和可调谐隧道速率下降到1 Hz以下，推导出的随机电报信号。硅金属氧化物半导体器件中单个电子之间的可调谐耦合的演示为高保真双量子位逻辑提供了重要的范围，以实现标准制造的量子信息处理。
2020-01-13 cond-mat.mes-hall
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
Automated All-RF Tuning for Spin Qubit Readout and Control
针对自旋量子比特高效调谐的规模化瓶颈，提出基于射频电荷传感的全射频自动调谐方法，实现约15分钟中位调谐时间，可自主获取多参数电压依赖特性，推动高通量自旋量子比特调谐与半导体量子电路自动化探索。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall
Non-equilibrium correlations and entanglement in a semiconductor hybrid circuit-QED system
本文对微波谐振腔中两个半导体电荷量子比特组成的混合电路-QED系统进行了理论研究。量子比特是根据两个空间分离的双量子点（DQD）的电荷状态定义的，这两个DQD耦合到微波谐振器中的同一光子模式。我们分析了一个运输设置，其中每个DQD是连接到电子水库和偏置的平衡由一个大的电压，并研究如何电子输运跨越每个DQD是修改的耦合到公共谐振器。特别是，我们表明，通过每个DQD的非弹性电流反映了间接的量子比特量子比特的相互作用介导的非共振光子在微波谐振器。作为这种相互作用的结果，两个电荷量子比特在稳定（耗散）状态下保持纠缠。通过远距离DQD的电流之间的有限散粒噪声互相关是这种非平凡稳态纠缠的另一种表现。
2013-10-09 cond-mat.mes-hall
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
A Parity-Protected Superconductor-Semiconductor Qubit
超导量子比特的相干性可以通过实施保护超导岛上的库珀对的奇偶性的设计来改善。在这里，我们介绍了一种基于压控半导体纳米线约瑟夫森结的宇称保护量子比特，利用少沟道结的能量-相位关系中的高次谐波含量。由两个这样的结形成的对称干涉仪，被门调谐到平衡并被施加的通量的半量子抑制，产生cos（2 π）约瑟夫森元件，反映库珀对对的相干输运。我们证明了量子位的弛豫可以通过调谐到受保护的状态而被抑制十倍。
2020-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Phonon impact on the coherent control of quantum states in semiconductor quantum dots
本章介绍了声子作用下量子点中电荷的光量子控制的最新理论结果。我们表明，晶格弛豫过程导致的约束载流子态的退相干。的理论方法导致一个统一的，紧凑的描述声子对载流子动力学的影响，微扰的声子耦合，但适用于任意的无扰演化，详细描述。接下来，一些应用：声子阻尼的拉比振荡的量子点和声子引起的错误的单量子比特门的激子量子点量子比特以及半导体量子点自旋量子比特通过STIRAP转移操作。
2004-04-15 cond-mat.mes-hall
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
