All-Electrical Quantum Computation with Mobile Spin Qubits
基于自旋电子学的最新进展，我们描述并讨论了在一维系统中使用移动自旋量子比特进行量子计算的固态方案。静态电场通过自旋轨道耦合和交换耦合来实现一组通用的量子门。可以通过从/到铁磁体的自旋注入，或者通过使用自旋过滤器和介观自旋偏振分束器来执行扫描和测量。这个建议的各种来源的错误的脆弱性估计通过数值模拟。我们还评估了目前在纳米技术中使用的各种材料对我们模型的实际实施的适用性。
2003-06-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrical Coherent Control of a Single Rare-earth Spin Qubit
Center for Quantum Nanoscience (QNS), Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究所量子纳米科学中心）；Ewha Womans University（梨花女子大学）
本研究实现了单个与Ti原子交换耦合的Er电子自旋的全电控相干操控，利用扫描隧道显微镜电子自旋共振揭示其各向异性，使拉比频率提升10倍，为稀土自旋操控开辟新路径。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrical control of hole singlet-triplet spin qubits at low leakage points
研究了在任意方向的磁场作用下，自旋轨道相互作用对双量子点中重空穴的影响。当两个不同自旋的空穴态不仅通过自旋-轨道相互作用耦合，而且还通过位置相关的各向异性$g$张量效应耦合时，产生了丰富的物理现象。它表明，这些影响可以抵消在这样一种方式，以取消耦合在一定的失谐和倾斜角度的磁场。这个特性可以用在单重态-三重态量子比特中，以避免泄漏错误并实现电自旋轨道开关，这表明了任务定制双轴控制的可能性。此外，我们还研究了弱磁场下具有强自旋轨道相互作用的系统。通过对主要哈密顿量的精确对角化，我们发现可以选择磁场，使得量子位基态仅在实际系统参数的逻辑子空间内混合，从而减少泄漏误差并提供对量子位的可靠控制。
2021-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrical operation of a spin qubit coupled to a high-Q resonator
本文在1.5K下实现了硅鳍式场效应晶体管中空穴自旋量子比特的全电学相干操控，揭示了高Q值谐振回路的控制脉冲振铃会降低读出保真度，并提出通过脉冲工程规避该效应，证明高Q值谐振器与全电学自旋控制兼容。
2024-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrically reading out and initializing topological qubits with quantum dots
我们分析了在一维半导体纳米线中，弱耦合到单能级量子点（QD）的拓扑量子比特的读取和初始化。结果表明，当通过调节门电压使Majorana费米子熔合时，可以通过量子点在一个能量窗口内的占据直接读出拓扑量子比特。量子比特的初始化也可以通过调节量子点上的栅极电压来实现，其中总费米子宇称守恒。因此，读取和初始化过程都可以以全电气方式实现。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Ultrafast and Electrically Tunable Rabi Frequency in a Germanium Hut Wire Hole Spin Qubit
本研究报道了锗空穴自旋量子比特中拉比频率可通过失谐能量和栅极电压电调谐，并实现超过1.2 GHz的超快速度，证明了强自旋轨道相互作用，对半导体量子计算有重要意义。
2023-04-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically controlling single spin qubits in a continuous microwave field
大规模量子计算机必须建立在高度相干和局部可控的量子比特之上。利用连续微波磁场和纳米级静电门，我们演示了硅中单个31 P原子的电子和核自旋的量子控制。通过电场的局部变化，量子比特被调谐到与微波场共振，这引起量子比特能量的斯塔克位移。这种方法被称为A门控制，它保留了孤立自旋的出色相干时间和门特性，并且可以扩展到任意多个量子位，而不需要多个微波源。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
An electrically-driven single-atom `flip-flop' qubit
原子和类原子系统的自旋是存储量子信息的最相干的对象之一。然而，需要使用振荡磁场来解决它们阻碍了它们与量子电子器件的集成。在这里，我们通过操作硅中的单原子“触发器”量子比特来绕过这个障碍，其中量子信息被编码在磷供体的电子核状态中。量子位是使用在金属氧化物半导体器件内产生的微波频率下的局部电场来控制的。电驱动是由电子-核超精细耦合的调制介导的，这种方法可以扩展到许多其他原子和分子系统。这些结果为固态量子处理器的构建铺平了道路，在固态量子处理器中，仅使用局部电场就可以控制密集的原子阵列。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically Protected Valley-Orbit Qubits in Silicon
限制在Si量子点中的电子具有轨道、自旋和谷自由度（d.o.f.）。我们利用朗道-齐纳-斯塔克伯格-马约拉纳（Landau-Zener-Stuckelberg-Majorana，LZSM）干涉法对与微波腔强耦合的硅双量子点进行谷值d.o.f.所得到的LZSM干涉图案是不对称的，作为一个功能的水平失谐和持续的驱动周期是比典型的电荷退相干时间长得多。通过相关的LZSM干扰图案与电荷噪声测量，我们表明，谷轨道杂化提供了一些保护，从电荷噪声的有害影响。我们的工作开启了利用d.o.f.山谷的可能性。在硅中设计电荷噪声不敏感的量子比特。
2018-05-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical Interconnects for Silicon Spin Qubits
Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland（量子信息与计算机科学联合中心，美国国家标准与技术研究院/马里兰大学）；Center for Computational Materials Science, U.S. Naval Research Laboratory（计算材料科学中心，美国海军研究实验室）；Department of Electrical and System Engineering, University of Pennsylvania（电气与系统工程系，宾夕法尼亚大学）
本文提出通过电阻性顶门实现硅自旋量子比特的长距离互连，评估了自旋轨道耦合对自旋相干性的主导影响，并得出退相干长度约为15毫米的结论。
2026-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave response of electrically driven spins in a three-qubit quantum processor
University of California – Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Princeton University（普林斯顿大学）；HRL Laboratories, LLC（HRL实验室有限责任公司）
研究了三量子位量子处理器中电驱动自旋的微波响应，发现Rabi频率与驱动幅度成线性关系，且非共振驱动引起的共振频率位移与时间漂移相当，表明非线性响应并非普遍特征。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically Tuneable Variability in Germanium Hole Spin Qubits
通过电调制量子点尺寸和不对称性，实现对锗空穴自旋量子比特g-张量的可控工程，从而减少自旋响应的变异性，推动大规模锗基量子计算机的发展。
2025-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Degenerate Singlet-Triplet Qubit with All-Electrical Orthogonal Control
Harvard University（哈佛大学）；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与QuTech）；QuTech and Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO)（荷兰应用科学研究组织（TNO）与QuTech）
本研究展示了由锗双量子点空穴自旋构成的简并单重态-三重态量子比特，利用全电方式独立调控交换相互作用与塞曼能差，实现正交旋转，单量子比特门保真度达99.53%，为多量子比特规模化提供了途径。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
An electrically driven spin qubit based on valley mixing
基于半导体量子点的单自旋量子比特的电控制对于可扩展的量子计算具有极大的兴趣，因为与磁场相比，电场提供了用于量子比特控制的替代机制，并且也可以更容易地产生。在这里，我们概述了在异质界面处存在台阶的情况下，硅量子点量子比特的电驱动自旋旋转频率急剧增强的机制。这种增强是由于当电子波函数克服界面台阶引起的势垒时，基态和激发态之间发生强耦合。理论上计算了硅/二氧化硅界面上量子点的单量子位门时间为170 ns。尽管硅中的自旋轨道耦合很弱，但这种步骤的工程设计可以用来实现自旋量子比特的快速电旋转和纠缠。
2016-11-21 cond-mat.mes-hall
Electrical manipulation of semiconductor spin qubits within the g-matrix formalism
我们讨论了线性响应机制中自旋量子比特的电操纵模型，其中拉比频率与磁场和射频电场激发成正比。我们表明，拉比频率可以从一个广义的g-张量磁共振公式具有g-矩阵和其衍生物g'相对于电场（或栅极电压）作为输入。这些矩阵可以很容易地从零磁场下量子比特的波函数计算出来。因此，g-矩阵形式以非常低的计算成本提供了拉莫尔和拉比频率对磁场取向的完全依赖性。它还提供了一个紧凑的模型控制的量子位，和一个简单的框架分析对称性的影响的各向异性的拉莫尔和拉比频率。g-矩阵形式主义适用于各种各样的电子和空穴量子比特，我们专注于绝缘体上硅纳米线中的空穴量子比特作为说明。我们表明，拉比频率的量子位显示出复杂的依赖于磁场的方向，并控制孔的波函数的对称性的栅极电压。我们指出，量子位可以有利地在两个偏置点之间切换，一个是可以有效地操纵的，另一个是与门场解耦但可能寿命更长的。我们还讨论了残余应变在这些设备中的作用，在最近的实验。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically controlled quantum gates for two-spin qubits in two double quantum dots
从理论上研究了双量子点中交换耦合的单重态-三重态自旋量子比特。使用电荷密度算符来描述双点轨道状态，我们计算了量子位之间的库仑耦合，并确定了单量子位和双量子位操作的最佳偏置点，以及方便的空闲位置。由于波动的电荷环境，相同的直观公式被用于导出这些量子位的失相速率，从而为当前实验能力范围内的量子计算架构提供主要考虑因素。
2011-07-14 cond-mat.mes-hall
All-electrical manipulation of silicon spin qubits with tunable spin-valley mixing
我们表明，硅量子位（qubit）中的自旋和谷自由度之间的混合可以通过作用在谷分裂$Δ$上的电场来控制。由于自旋-轨道耦合，量子位可以在自旋模式（其中量子信息被编码为自旋）和谷模式（其中量子信息被编码为谷）之间连续切换。在自旋模式下，量子比特在非弹性弛豫和退相干方面更鲁棒，但几乎不能电寻址。然而，它可以被带入谷模式，然后返回到自旋模式以进行电操纵。这为在硅上开发鲁棒的、可扩展的、电可寻址的自旋量子比特开辟了新的前景。我们说明了这一点与紧束缚模拟上的所谓的“角点”在绝缘体上硅器件的限制和谷分裂可以独立定制的前和背栅。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Valley-Based Qubits in Moiré Quantum Dots
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Nicolaus Copernicus University（哥白尼大学）
针对可扩展电控量子比特的挑战，本文提出以栅极定义的莫尔量子点为平台，利用莫尔工程解决谷物理矛盾，实现基于谷的量子比特的电可控操作。
2026-08-19 cond-mat.mes-hall
An On-Demand Single-Electron Time-Bin Qubit Source
我们提出了一种能够按需发射单电子的源，其波包具有可控的形状和相位。该源由一个混合量子系统组成，依赖于目前实验上可获得的组件。我们详细分析了单电子时间仓量子比特的发射，我们使用著名的电子Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉方案表征。具体来说，我们表明，通过控制两个时间仓量子位的相位差，泡利峰，电子模拟的众所周知的光学HOM下降，可以连续删除。所提出的源构成了一个有前途的方法，可扩展的固态架构的量子操作使用电子和可能的光子到电子的时间仓量子比特转换的接口。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing the dipolar coupling of a $S$-$T_0$ qubit with a transverse sweet spot
量子点自旋量子位的基本设计挑战是扩展量子位相互作用的强度和范围，同时抑制它们与环境的耦合，因为这两种效应都具有电起源。关键工具包括重新调整量子位的能力，在不同的操作机制中利用物理资源，以及访问最佳工作点或“甜蜜点”，其中失相最小化。在这里，我们探索了一种重要的单重态-三重态量子比特的新资源：横向最佳点（TSS），它可以实现（i）量子比特状态之间的直接跃迁，（ii）强的、类似电荷的量子比特耦合，以及（iii）对电气波动的领先顺序保护。特别感兴趣的是TSS和对称工作点之间的过渡，同时保持连续保护的可能性。这种安排对于将量子比特耦合到微波腔体是理想的，因为它结合了耦合强度的最大可调谐性和前导阶噪声抑制。我们用$1/f$型电噪声进行了模拟，证明了由谐振器介导的两量子比特门可以在现实条件下实现$>99$ \%的量子效率。这些结果极大地扩展了单重态-三重态量子比特的工具箱。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrical control of donor-bound electron spin qubits in silicon
我们提出了一种方法来电控制电子自旋的施主为基础的量子位在硅。利用单施主量子点和双施主量子点之间的超精细耦合差异，通过在它们之间诱导电偶极子并施加由面内栅极产生的交变电场，可以驱动自旋旋转。这些量子位可以与由顶部失谐门控制的交换相互作用耦合。利用扫描隧道探针技术，可以在硅晶格中以原子级精度制造量子比特器件。我们结合了一个大规模的全带原子紧束缚建模方法与时间相关的有效哈密顿描述，提供了定量的指导方针的设计。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall
Quantum read-out and fast initialization of nuclear spin qubits with electric currents
核自旋量子比特在固态下具有最长的相干时间，但它们的量子读出和初始化是一个巨大的挑战。我们提出了一个电流与半导体中施主杂质核自旋相互作用的理论。该理论给出了一个灵敏度标准的量子检测核自旋态的电检测磁共振，以及一个全电的方法快速核自旋量子比特初始化。
2011-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity quantum electrodynamics for superconducting electrical circuits: an architecture for quantum computation
我们提出了一个可实现的架构，使用一维传输线谐振器，以达到超导电路中的腔量子电动力学的强耦合极限。腔光子耦合到相邻电路（量子位）的量子化激发的真空拉比频率可以很容易地超过腔和量子位的阻尼率。这种架构作为原子物理学实验的宏观模拟以及对于量子计算和控制都是有吸引力的，因为它提供了对自发发射的强抑制，潜在地导致大大增强的量子比特寿命，允许多个量子比特的状态的高保真量子非破坏测量，并且具有用于由厘米距离分离的量子比特的纠缠的自然机制。此外，它将允许产生对量子通信至关重要的微波光子态。
2004-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Two-qubit logical operations in three quantum dots system
我们考虑一个两个相互作用的常开的、只交换的量子比特的模型，对于该模型，受控相位（$CPHASE$）、受控非（$CNOT$）、量子傅里叶变换（$QFT$）和$SWAP$操作只能在纳秒时间尺度内的几个电脉冲中实现。每个量子比特由三个三角形几何形状的量子点（TQD）组成，三个电子自旋始终仅通过交换相互作用保持耦合。量子比特状态被编码在一个双重子空间中，并且完全由施加到栅电极上的电压进行电气控制。两个量子位量子门通过短电脉冲来实现，该短电脉冲改变了TQD的三角对称性并开启了量子位之间的交换相互作用。我们发现了一个最佳的配置来实现的$CPHASE$门的顺序为2.3 ns的单脉冲。使用这个门，结合单量子比特操作，我们寻找最佳条件来执行其他门：$CNOT$，$QFT$和$SWAP$。我们的研究也考虑了环境影响和泄漏过程。结果表明，该系统可以实现容错量子计算。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical control of a spin qubit in InSb nanowire quantum dots: strongly suppressed spin relaxation in high magnetic field
本文研究了门控电位和磁场对InSb纳米线自旋量子比特中声子诱导自旋弛豫速率和电驱动单量子比特操作速度的影响。我们发现，一个强大的$g$因素和高磁场强度导致的电子-声子散射的影响，由于变形势，被认为是无关的材料与一个弱的$g$因素，如GaAs或Si/SiGe。在这种情况下，我们发现，量子比特状态之间的自旋弛豫显着抑制由于垂直于纳米线轴的限制。我们还发现，在自旋量子位的寿命期间可以执行的单量子位操作的数量的最大化需要单个量子点门控电位。
2020-04-22 cond-mat.mes-hall
Electrical Control of Strong Spin-Phonon Coupling in a Carbon Nanotube
我们描述了一种电控制单电子自旋和悬浮碳纳米管谐振器的振动运动之间的强相互作用的方法。偏转诱导的自旋-声子耦合的强度依赖于限制在横向碳纳米管量子点中的电子的波函数。沿着纳米管的电场移动量子点的有效中心，导致自旋-声子强度的相应修改。数值模拟结果表明，在电脉冲驱动下，在机械量子比特和自旋量子比特之间实现高保真度的量子态转移是可行的。我们的研究结果形成了光和自旋量子比特之间的相干相互转换的全电控制和制造电驱动的量子信息处理系统的基础。
2015-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
A quadrupolar exchange-only spin qubit
我们提出了一种四极交换自旋（QUEX）量子比特，它对量子点中占主导地位的退相干机制电荷噪声和核自旋退相具有高度鲁棒性。量子比特由被捕获在三个量子点中的四个电子组成，并在无退相干子空间中运行，以减轻由于核自旋引起的退相。为了降低对电荷噪声的敏感性，量子位可以完全在扩展的电荷噪声最佳点处操作，该最佳点对电波动一阶不敏感。由于库仑相互作用介导的现场交换，量子比特能量分裂是电可控的，即使在“关闭”配置中也可以达到几GHz，使其与传统的微波腔兼容。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical Control of Coherent Spin Rotation of a Single-Spin Qubit
氮空位（NV）中心是金刚石中具有光学活性的原子缺陷，由于其优异的量子相干性和在真实环境中的多功能性，在量子传感、网络和计算应用中引起了极大的兴趣。开发基于NV的量子操作平台的关键挑战之一是由于难以以可扩展的、节能的方式本地寻址各个NV自旋的量子自旋状态。在这里，我们报告了在NV-磁体为基础的混合量子系统的单自旋量子比特的相干自旋旋转速率的电控制。通过利用电产生的自旋电流，我们能够实现磁阻尼和由微米尺寸的共振磁体产生的偶极场的振幅的有效调谐，从而实现NV自旋的拉比振荡频率的电控制。我们的研究结果突出了NV中心在设计下一代量子信息技术的功能混合固态系统方面的潜力。NV中心和磁性绝缘体所携带的传播自旋波之间的耦合进一步指出了在遥远的自旋量子比特之间建立宏观纠缠的可能性。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
On-demand generation and characterization of a microwave time-bin qubit
超导电路为大规模量子网络的构建提供了一个可扩展的平台，其中信息可以以传播微波的多种时间模式进行编码。表征这样的微波信号的方法可扩展到任意数量的时间模式与一个单一的检测器和演示其相位鲁棒性的极大兴趣。在这里，我们展示了一个微波时间仓量子比特的超导电路量子电动力学架构的按需产生和维格纳层析成像。我们用一个单一的外差探测器进行断层扫描，通过动态改变测量正交与相敏放大器独立的两个时间模式。通过用缺乏共享相位参考的硬件生成和测量量子比特，我们证明了在生成的每个时间仓量子比特中相位信息的守恒性。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin qubits with electrically gated polyoxometalate molecules
自旋量子比特为实现量子计算机提供了最有前途的途径之一。半导体量子点的最新结果表明，电控门控方案特别适合于实现一组通用的量子逻辑门。然而，对于这种半导体量子点来说，可扩展到更大数量的量子位仍然是一个问题。相比之下，化学自下而上的方法允许人们产生相同的单位，其中局域自旋代表量子位。分子磁性已经产生了广泛的系统与定制的性能，但分子允许电门控一直缺乏。在这里，我们建议使用聚氧乙烯酸盐[PMo 1/2 O 40（VO）2]q-，其中两个本地化的自旋-1/2可以通过中央核心的电子耦合。通过分子氧化还原电位的电操纵，可以改变核的电荷。通过这种设置，可以实现两个量子位门和量子位读出。
2007-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Entanglement control and magic angles for acceptor qubits in Si
量子比特的完全电气控制可以实现快速，低功耗，可扩展的量子计算。虽然电偶极子对于长距离电耦合自旋量子比特非常有吸引力，但确定用于控制双量子比特耦合的机制在双量子比特耦合关闭时不允许单量子比特操作。在这里，我们确定了一种机制来调制自旋量子比特的电耦合，克服了受体中空穴自旋量子比特的这一缺点，即基于通过栅极对自旋相关电偶极子的方向进行电调谐。通过这种方式，可以通过调谐到消失的电偶极-偶极相互作用的“魔角”来关闭量子位间耦合，同时保留操纵单个量子位的能力。这种效应源于Si晶格中受主态的$\rm T_d$对称性与磁场取向的相互作用，以及空穴系统的自旋3/2特性。磁场方向还允许极大地抑制限制单个量子位性能的声子的自旋弛豫，同时保留量子位对电荷噪声不敏感的最佳点。我们的研究结果可以直接应用到国家的最先进的受体为基础的架构，我们提出了合适的协议，实际上实现完全的电调谐纠缠和实现的消相干的子空间。
2017-12-20 cond-mat.mes-hall
High fidelity ac gate operations of the quantum dot hybrid qubit
硅中的半导体量子点是有前途的量子位，因为长的自旋相干时间和它们的可扩展性潜力。然而，这样的量子位具有完整的电气控制和高于量子纠错的阈值的量子位尚未实现。我们从理论上证明了量子点混合量子比特的交流门操作可以达到阈值保真度。这个量子位由三个电子组成的双点，是电控的，不需要磁场，以GHz的门速度运行。我们分析了1/f电荷噪声在这个量子比特引起的退相干，发现隧道耦合和失谐的参数制度，最大限度地减少量子比特频率的电荷噪声依赖，并确定最佳的工作点，驱动失谐和隧道耦合的交流门操作。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlinear response and crosstalk of electrically driven silicon spin qubits
该研究针对电驱动硅自旋量子比特阵列规模化中的串扰问题，发现了一种新串扰机制——相邻量子比特驱动开启会大幅改变受驱量子比特的拉比频率，为单量子比特控制规模化提供关键参考。
2023-01-06 cond-mat.mes-hall
All-electrical universal control of a double quantum dot qubit in silicon MOS
基于类晶体管硅MOS纳米器件的量子比特在量子计算中具有广阔的应用前景。在这项工作中，我们展示了一个双量子点自旋量子比特，它是全电控的，不需要任何外部组件，如微磁体，这可能会使集成复杂化。量子比特的通用控制是通过自旋轨道和交换相互作用实现的。使用Single Shot读出，我们展示了DC和AC控制技术。所使用的制造技术与CMOS完全兼容。
2018-02-06 cond-mat.mes-hall
All electrically controlled quantum gates for single heavy hole spin qubits
本文提出了几种实现基本单重空穴量子比特操作的纳米器件，并采用四带重空穴-轻空穴模型进行了含时自洽Poisson-Schr？dinger计算。特别地，我们提出了一组纳米器件，其可以充当Pauli X，Y，Z量子门，并且作为在重空穴自旋量子比特上充当类似于Hadamard门的门（即，它创建基态的平衡叠加，但是具有附加的相位因子）。我们还提出了一个门控半导体纳米器件的设计和模拟，它可以实现任意序列的所有这些建议的单量子逻辑门。所提出的器件利用空穴波函数的自聚焦效应，其允许以稳定的类孤子波包的形式沿着给定路径引导空穴。由于Dresselhaus自旋轨道耦合的存在，空穴沿某一方向的运动等效于施加一个有效的磁场，该磁场又引起重空穴自旋的相干旋转。空穴运动以及由此产生的量子逻辑操作仅通过施加到覆盖纳米器件的电极的弱静态电压来初始化。所提出的门允许全电和超快（几十皮秒）重空穴自旋操纵，并给出了实现用于量子计算应用的重空穴自旋量子比特的可扩展架构的可能性。
2013-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical manipulation of valley-qubit and valley geometric phase in lateral monolayer heterostructures
本研究针对单层MoS₂/WS₂横向结栅极量子点中的谷同位旋固态量子比特，提出全电泵浦及非阿贝尔谷贝里相位两种操控方案，通过紧束缚含时薛定谔-泊松方程求解验证，为可扩展谷量子比特架构提供新路径。
2024-08-19 cond-mat.mes-hall
Room-temperature control and electrical readout of individual nitrogen-vacancy nuclear spins
半导体中的核自旋是量子技术的主要候选者，包括量子计算，通信和传感。钻石中的核自旋由于其极长的相干寿命而特别有吸引力。在氮空位（NV）中心的情况下，这种核量子位受益于辅助电子量子位，这使得光子链路介导的纠缠成为可能。通过电子本身经由到相邻中心的受控转移或经由偶极相互作用来传输量子信息将使得能够实现甚至更快和更小的处理器，但是由于所需的子衍射站点间距离，这种节点的阵列的光学读出提出了艰巨的挑战。在这里，我们演示了这种系统的一个基本单元的电读出-一个单一的14 N核自旋耦合到NV electron. We的结果提供了量子门操作和核量子位寄存器的电读出的关键成分，在与纳米电极结构兼容的方式。因此，该演示是实现具有半导体可扩展性的大规模金刚石量子器件的里程碑。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Optimisation of electrically-driven multi-donor quantum dot qubits
多施主量子点一直处于Si基量子计算的最新进展的前沿。其中，$2P:1P$量子比特具有内置的偶极矩，能够通过超精细介导的电子偶极自旋共振（EDSR）实现全电自旋操作。全电多施主量子比特的发展需要充分理解其EDSR和相干特性，并结合其基态的多谷特性。在这里，通过引入一个变分的有效质量波函数，我们研究的影响量子比特的几何形状和附近的电荷缺陷的电操作和相干性的$2P:1P$量子比特。我们报告了四项成果：（i）$2P$和$1P$位点之间的超精细相互作用的差异使得能够进行快速EDSR，其中$T_π\sim 10-50$ ns和拉比比$ (T_1/T_π) \sim 10^6$。我们分析了$2P:1P$轴沿[100]、[110]和[111]晶轴排列的量子位，发现当$2P:1P$轴为$\parallel$ [111]时，EDSR时间$T_π$最快，而当$\parallel$轴为$\parallel$ [100]时，拉比比最好。这种差异归因于不同几何形状的$2P$和$1P$之间的波函数重叠的差异。相反，$2P$轴的选择对量子位操作没有可见的影响。(ii)由于附近的电荷缺陷，对随机电报噪声的敏感性强烈依赖于附近缺陷相对于量子比特的位置。对于某些方向的缺陷，随机电报噪声有一个明显的影响失谐和$2P-1P$隧穿，后者诱导门错误。(iii)量子位对$1/f$噪声是鲁棒的，只要它远离电荷反交叉操作。(iv)通…
2022-03-30 cond-mat.mes-hall
A Generalizable TCAD Framework for Silicon FinFET Spin Qubit Devices with Electrical Control
本文构建了可在 1 K 下工作的 TCAD 仿真框架，通过直流限制势定义与小信号交流分析提取量子点微波电场极化，并以五栅极双量子比特硅 FinFET 验证其可扩展性。
2023-06-05 cond-mat.mes-hall
Electrically driven spin resonance with bichromatic driving
电驱动自旋共振（EDSR）是用于控制半导体自旋量子比特的既定工具。在这里，我们从理论上研究了EDSR的混频变体，其中应用了具有不同驱动频率的两个驱动音调，并且共振条件将自旋拉莫尔频率与两个驱动频率之和连接起来。着重于触发模式操作，我们计算了拉比频率和布洛赫-西格特位移的参数依赖性。共享控制自旋量子位架构可以从这种双色EDSR方案中受益，因为它可以同时实现单量子位门。
2022-10-20 cond-mat.mes-hall
Fast readout of quantum dot spin qubits via Andreev spins
本文提出利用量子点与Andreev自旋量子比特间的电可调耦合，实现微秒以下的高保真快速读出，且可关闭耦合以减少串扰，兼容锗器件，助力可扩展量子计算。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical control of the hole spin qubit in Si and Ge nanowire quantum dots
Si、Ge和Ge/Si核/壳纳米线量子点（QD）中的强的直接Rashba自旋轨道耦合允许空穴自旋量子位的所有电操纵。出于这一事实的动机，我们分析了纳米线的不同制造相关特性，例如取向，截面和应变的存在，目标是找到能够实现最快量子位操纵的材料和几何形状，其速度可以使用拉比频率来识别。我们发现，量子点的纳米线与一个圆形的截面（cNWs）使更弱的驱动的空穴自旋量子比特比量子点嵌入在方形轮廓纳米线（sNWs）。假设硅纳米线的取向使自旋轨道效应最大化，我们的计算预测，在弱电场下，Ge和Si sNW量子点内空穴自旋量子比特的拉比频率具有可比的强度。在Si sNW QD中发现了强电场下Rabi频率的全局最大值，使这种设置在创建空穴自旋量子比特方面领先于其他设置。最后，我们证明了Si/Ge核/壳纳米线QD中的应变降低了拉比频率。在cNW QD中，这种效应很弱;在sNW QD中，可以通过适当调节电场强度来优化应变的影响。
2021-12-21 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
Electrically driven spin resonance in a bent disordered carbon nanotube
从理论上研究了电场对碳纳米管谷自旋量子比特的共振操控。我们开发了一种新的分析电驱动的自旋共振利用固定的物理特性的纳米管：弯曲和不均匀的障碍。模拟的光谱的电子谷自旋量子比特耦合到一个空穴谷自旋量子比特和杂质电子自旋，并确定与最近的测量相吻合的功能。我们表明，相同的机制允许共振控制的全四维自旋谷空间。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall
Two-qubit sweet spots for capacitively coupled exchange-only spin qubits
高保真双量子比特门的实现是半导体量子点量子比特实现通用量子计算的瓶颈。我们研究了编码在$S = 1/2$，$S_z = -1/2$消相干自由子空间中的两个三重量子点自旋量子比特之间的电容耦合。我们报告了CPHASE和CNOT门的精确门序列，并从理论上证明了在电容耦合EO量子比特的参数空间中存在多个两量子比特最佳点（2 QSS）。栅极操作具有全电的优点，但是耦合到量子位的电参数的电荷噪声导致退相干。假设噪声具有1/f谱，计算了两量子比特门的量子数和时间，这为容错所需的噪声阈值提供了有用的信息。我们研究了单参数和多参数的双量子比特门。特别是，对于两个现有的EO实现-谐振交换（RX）和始终在线的仅交换（AEON）量子位-我们比较了参数空间中2 QSS同时是RX和AEON的单量子位最佳点（1 QSS）的位置处的双量子位门的性能和时间。这些结果为实现高保真量子计算提供了一条潜在的途径。
2021-08-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical control of a long-lived spin qubit in a Si/SiGe quantum dot
纳米制造的量子比特允许大规模集成，但由于与固态环境的相互作用，通常会受到短相干时间的影响。突出的挑战是设计环境，使其对量子位的影响最小，但仍然允许量子位控制和可扩展性。在这里，我们展示了一个长寿命的单电子自旋量子比特在硅/硅锗量子点与全电双轴控制。自旋由来自局部微磁体的横向磁场梯度中的谐振微波电场驱动，并且自旋状态以单次模式读出。电子自旋共振发生在两个紧密间隔的频率，我们归因于两个谷态。由于硅中的弱超精细耦合，观察到的Ramsey和Hahn回波衰减时间尺度分别为1us和40 us。这几乎比III-V量子点的本征时间尺度长两个数量级，而栅极操作时间与GaAs中实现的时间相当。这使得单量子比特的旋转具有容错性，并极大地提高了基于量子点的量子信息处理的前景。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall
Hyperfine-assisted decoherence of a phosphorus nuclear-spin qubit in silicon
硅中磷原子的核自旋已被用作各种量子信息实验中的量子比特。有人提出，这种核自旋量子比特可以有效地控制由一个交流电场，当嵌入在一个两个电子点施主设置受到本征或人工自旋轨道相互作用。将量子位暴露于该设置中的控制电场也将其暴露于电噪声。在这项工作中，我们描述了电噪声机制（例如声子和$1/f$电荷噪声）的影响，并估计了核自旋量子比特相应的退相干时间尺度。我们确定了一个有前途的参数范围内的电单量子比特操作至少快一个数量级，然后退相干。在这种情况下，由于$1/f$电荷噪声，退相干由退相主导。我们的研究结果有利于纳米结构的优化设计，以证明电驱动的核自旋共振。
2019-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
A single-atom electron spin qubit in silicon
单原子是量子系统的原型，也是量子比特（量子计算机的基本单位）的自然候选者。原子已成功地用于电磁阱中存储和处理量子信息，以及通过使用NV中心点缺陷在金刚石中存储和处理量子信息。固态电子器件具有很大的潜力，可以将这种演示从几个量子位控制扩展到更大规模的量子处理器。在这个方向上，自旋量子位的相干控制已经在GaAs和Si中的光刻定义的双量子点中实现。然而，将工程纳米结构的电学测量能力与原子自旋量子比特固有的优点相结合是一个巨大的挑战。在这里，我们展示了一个单独的电子自旋量子位绑定到一个磷施主原子在天然硅的相干操纵，通过单次读出电测量。我们使用电子自旋共振驱动拉比振荡，而哈恩回波脉冲序列显示自旋相干时间（T2）超过200 μs。预计在同位素富集的28Si样品中，该数字甚至会变得更长。再加上使用与现代集成电路技术兼容的器件架构，这些结果表明硅中单个磷原子的电子自旋是构建可扩展量子计算机的绝佳平台。
2013-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical manipulation of a hole `spin'-orbit qubit in nanowire quantum dot: the nontrivial magnetic field effects
在强磁场存在下，Ge纳米线中可获得强“自旋”-轨道耦合的一维空穴气。强磁场提升了空穴子带色散中的双重简并，使得有效低能子带色散表现出强的“自旋”-轨道耦合。在这里，我们研究了在Ge纳米线量子点的电子“自旋”操纵的最低和第二低的空穴子带色散。用有限方阱模拟量子点的束缚势，精确计算了电偶极自旋共振中自旋轨道量子比特的能级分裂和Rabi频率.“自旋”-轨道耦合调制的纵向$g$ -因子$g_{\rm so}$不仅是非零的，而且依赖于磁场。此外，最低和次低子带色散的“自旋”-轨道耦合具有相反的磁依赖性，因此这两个子带色散的结果是完全不同的。
2023-02-11 cond-mat.mes-hall
High-fidelity and robust two-qubit gates for quantum-dot spin qubits in silicon
最近，在同位素富集硅中实现了一种双量子位控制非门（CNOT），该门由控制相位门和单量子位门组成，用于量子点自旋量子位。在实验中，单量子比特门已经被证明具有容错控制保真度，但是双量子比特C相门的不保真度主要是由于电噪声，仍然高于容错量子计算（FTQC）所需的错误阈值。在这里，考虑到现实的系统参数和实验上的限制的控制脉冲，我们构建实验可实现的高保真CNOT门强大的抗电噪声与实验测得的$1/f^{1.01}$噪声谱，也对点间隧道耦合幅度的不确定性。我们的最佳CNOT门有大约两个数量级的改善，在不考虑任何噪声影响的情况下构造的理想C相门的门失真。此外，在相同的控制框架内，还可以构建高保真和鲁棒的单量子比特门，为大规模FTQC铺平道路。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical spin driving by $g$-matrix modulation in spin-orbit qubits
在具有相当大的自旋-轨道耦合的半导体自旋量子比特中，相干自旋旋转可以由共振栅极电压调制驱动。最近，我们利用这个机会在硅器件中的空穴自旋量子位的实验演示。在这里，我们调查的基本物理机制，通过测量完整的角度依赖的拉比频率以及栅极电压的依赖性和各向异性的孔$g$ -因素。我们表明，一个$g$矩阵形式主义可以同时捕获和歧视的贡献，两种机制，迄今为止独立讨论的文献中：一个与调制的$g$因素，可测量的塞曼能谱，其他没有。我们的方法具有普遍的有效性，并可应用于其他类型的自旋轨道量子比特的分析。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall
Simple model for electrical hole spin manipulation in semiconductor quantum dots: Impact of dot material and orientation
我们分析了一个典型的粒子在一个盒子模型的空穴自旋量子比特。该量子点受到静磁场和电场以及射频电场的作用，射频电场由于自旋轨道耦合而驱动拉比振荡。我们推导了拉比频率的方程，在这种情况下，拉比振荡主要是由量子比特态和附近单个激发态之间的耦合引起的。这一制度已被证明占主导地位，例如，薄绝缘体上硅纳米线中空穴自旋量子比特拉比频率的方程突出了控制拉比振荡的参数。特别是，我们表明，（001）衬底上的[110]取向的点比[001]取向的点表现得更好，因为它们最好地利用了主体材料的价带的各向异性。我们还得出结论，硅提供了最好的机会，快速拉比振荡在这个制度，尽管小的自旋轨道耦合。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring and correcting nanosecond pulse distortions in quantum-dot spin qubits
University of Rochester（罗切斯特大学）；University of Rochester Center for Coherence and Quantum Science（罗切斯特大学相干与量子科学中心）
本研究提出了一种用于量子点自旋量子比特中纳秒脉冲失真的测量与校正方法，通过数字预失真滤波器提高控制保真度。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
