发表机构
Beijing Academy of Quantum Information Sciences; State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics and Department of Physics, Tsinghua University; Frontier Science Center for Quantum Information; Beijing National Research Center for Information Science and Technology; Beijing Key Laboratory of Quantum Devices, Peking University（北京量子信息科学研究院; 清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室; 量子信息前沿科学中心; 北京信息科学与技术国家研究中心; 北京大学量子器件北京市重点实验室）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。AI 中文总结
本文利用有限塞曼场下Kitaev链中马约拉纳模式的自旋结构，构建宇称量子比特与自旋量子比特的耦合平台，实现通用控制、高保真读出及纠缠操作，将缺陷转化为混合量子控制资源。
AI 中文摘要
在基于量子点的Kitaev链描述中，自旋通常被迹掉以简化马约拉纳费米子的构造。然而，在有限塞曼场下，最小Kitaev链中“穷人版”马约拉纳模式的内在自旋结构为Kitaev宇称量子比特与其他自旋系统相互作用提供了天然接口。在此，我们建立了这样一个平台，将宇称量子比特与量子点自旋量子比特桥接起来，其有效耦合由马约拉纳模式的自旋依赖离域化决定。根据自旋量子比特是耦合到构成宇称量子比特的一条还是两条链，宇称-自旋耦合表现出不同形式：各向异性的宇称守恒交换相互作用，或可通过链间超导相位偏置调制的非平凡交换张量。利用快速自旋量子比特操控，我们进一步展示了通用宇称量子比特控制、高保真量子比特态读出，以及宇称量子比特与自旋量子比特之间的纠缠操作。这些结果将“穷人版”马约拉纳的自旋结构从有限场缺陷转变为混合量子控制的资源。
英文摘要
Spin is typically traced out in the description of quantum-dot-based Kitaev chains to simplify the construction of Majorana fermions. Yet the intrinsic spin structure of poor-man's Majorana modes in minimal Kitaev chains under finite Zeeman fields offers a natural interface for the Kitaev parity qubit to interact with other spinful systems. Here, we establish such a platform to bridge the parity qubit and a quantum-dot spin qubit, with the effective coupling governed by the spin-dependent delocalization of the Majorana modes. Depending on whether the spin qubit is coupled to one or two chains constituting the parity qubit, the parity-spin coupling exhibits distinct forms: an anisotropic parity-conserving exchange interaction or a nontrivial exchange tensor tunable via the interchain superconducting-phase bias. Leveraging fast spin-qubit manipulation, we further demonstrate universal parity-qubit control, high-fidelity qubit-state readout, and entangling operations between the parity and spin qubits. These results turn the spinful structure of poor-man's Majoranas from a finite-field imperfection into a resource for hybrid quantum control.
