論文の概要: Conditional quantum operation of two exchange-coupled single-donor spin
qubits in a MOS-compatible silicon device
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.04483v2
- Date: Mon, 29 Jun 2020 09:49:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-16 07:18:47.218671
- Title: Conditional quantum operation of two exchange-coupled single-donor spin
qubits in a MOS-compatible silicon device
- Title（参考訳）: MOS互換シリコンデバイスにおける交換結合単一ドナースピン量子ビットの条件量子演算
- Authors: Mateusz T. M\k{a}dzik, Arne Laucht, Fay E. Hudson, Alexander M. Jakob,
Brett C. Johnson, David N. Jamieson, Kohei M. Itoh, Andrew S. Dzurak, Andrea
Morello
- Abstract要約: シリコンナノエレクトロニクスデバイスは、99.9%以上の忠実度を持つ単一量子ビット量子論理演算をホストすることができる。
イオン注入によりシリコン中に導入された単一のドナー原子に結合した電子のスピンに対して、量子情報は1秒近く保存することができる。
ここでは、シリコンに埋め込まれた31ドルPドナーの交換結合対における電子スピン量子ビットの条件付きコヒーレント制御を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.7576911714538
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Silicon nanoelectronic devices can host single-qubit quantum logic operations
with fidelity better than 99.9%. For the spins of an electron bound to a single
donor atom, introduced in the silicon by ion implantation, the quantum
information can be stored for nearly 1 second. However, manufacturing a
scalable quantum processor with this method is considered challenging, because
of the exponential sensitivity of the exchange interaction that mediates the
coupling between the qubits. Here we demonstrate the conditional, coherent
control of an electron spin qubit in an exchange-coupled pair of $^{31}$P
donors implanted in silicon. The coupling strength, $J = 32.06 \pm 0.06$ MHz,
is measured spectroscopically with unprecedented precision. Since the coupling
is weaker than the electron-nuclear hyperfine coupling $A \approx 90$ MHz which
detunes the two electrons, a native two-qubit Controlled-Rotation gate can be
obtained via a simple electron spin resonance pulse. This scheme is insensitive
to the precise value of $J$, which makes it suitable for the scale-up of
donor-based quantum computers in silicon that exploit the
Metal-Oxide-Semiconductor fabrication protocols commonly used in the classical
electronics industry.
- Abstract（参考訳）: シリコンナノエレクトロニクスデバイスは1量子ビットの量子論理演算を99.9%未満でホストできる。
イオン注入によりシリコン中に導入された単一のドナー原子に結合した電子のスピンに対して、量子情報は1秒近く保存することができる。
しかし、この方法でスケーラブルな量子プロセッサを製造することは、量子ビット間のカップリングを媒介する交換相互作用の指数的感度のため、難しいと考えられている。
ここでは、シリコンに埋め込まれた交換結合した$^{31}$Pドナーの対における電子スピン量子ビットの条件付きコヒーレント制御を示す。
結合強度の$J = 32.06 \pm 0.06$ MHzは分光学的に前例のない精度で測定される。
カップリングは電子核超微粒子カップリングの$A \approx 90$ MHzより弱いため、単純な電子スピン共鳴パルスによってネイティブ2量子制御回転ゲートが得られる。
このスキームはJ$の正確な値に敏感であり、古典的な電子産業で一般的に使用される金属酸化物-半導体製造プロトコルを利用するシリコンのドナーベースの量子コンピュータのスケールアップに適している。
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