論文の概要: Ultrafast Hole Spin Qubit with Gate-Tunable Spin-Orbit Switch

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.11175v2
• Date: Wed, 3 Mar 2021 14:49:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-13 11:24:01.432371
• Title: Ultrafast Hole Spin Qubit with Gate-Tunable Spin-Orbit Switch
• Title（参考訳）: ゲート可変スピン軌道スイッチを用いた超高速ホールスピンビット
• Authors: F. N. M. Froning, L. C. Camenzind, O. A. H. van der Molen, A. Li, E. P. A. M. Bakkers, D. M. Zumb\"uhl, F. R. Braakman
• Abstract要約: 我々はゲルマニウム/シリコンコア/シェルナノワイヤにおけるホールスピン量子ビットの超高速で普遍的な量子制御を実証する。 本稿では,Rabi周波数,ゼーマンエネルギー,コヒーレンス時間に対する電気的制御について述べる。 極端に強いがゲート制御可能なスピン軌道相互作用を基礎となるメカニズムとして同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A key challenge in quantum computation is the implementation of fast and local qubit control while simultaneously maintaining coherence. Qubits based on hole spins offer, through their strong spin-orbit interaction, a way to implement fast quantum gates. Strikingly, for hole spins in one-dimensional germanium and silicon devices, the spin-orbit interaction has been predicted to be exceptionally strong yet highly tunable with gate voltages. Such electrical control would make it possible to switch on demand between qubit idling and manipulation modes. Here, we demonstrate ultrafast and universal quantum control of a hole spin qubit in a germanium/silicon core/shell nanowire, with Rabi frequencies of several hundreds of megahertz, corresponding to spin-flipping times as short as ~1 ns - a new record for a single-spin qubit. Next, we show a large degree of electrical control over the Rabi frequency, Zeeman energy, and coherence time - thus implementing a switch toggling from a rapid qubit manipulation mode to a more coherent idling mode. We identify an exceptionally strong but gate-tunable spin-orbit interaction as the underlying mechanism, with a short associated spin-orbit length that can be tuned over a large range down to 3 nm for holes of heavy-hole mass. Our work demonstrates a spin-orbit qubit switch and establishes hole spin qubits defined in one-dimensional germanium/silicon nanostructures as a fast and highly tunable platform for quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 量子計算における鍵となる課題は、コヒーレンスを維持しながら高速かつ局所的な量子ビット制御を実装することである。 ホールスピンに基づく量子ビットは、高速量子ゲートを実装するための強力なスピン軌道相互作用によって提供される。 興味深いことに、1次元ゲルマニウムおよびシリコンデバイスにおけるホールスピンについては、スピン軌道相互作用は極端に強いがゲート電圧で調整可能であると予測されている。 このような電気制御により、キュービットアイドリングと操作モードの間で需要を切り替えることができる。 ここでは、ゲルマニウム/シリコンコア/シェルナノワイヤ内のホールスピン量子ビットの超高速で普遍的な量子制御を、数百メガヘルツのラビ周波数で示し、スピン浮動時間 ~1 ns に対応する。 次に、ラビ周波数、ゼーマンエネルギー、コヒーレンス時間に対する電気的制御の度合いを示し、高速キュービット操作モードからよりコヒーレントなアイドリングモードへのスイッチトグルを実装した。 我々は、非常に強いがゲート調整可能なスピン軌道相互作用を、重孔質量の穴に対して3nm以下の広い範囲で調整できる短いスピン軌道長のメカニズムと同定した。 我々の研究はスピン軌道量子ビットスイッチを示し、1次元ゲルマニウム/シリコンナノ構造で定義されたホールスピン量子ビットを量子計算の高速かつ高度に調整可能なプラットフォームとして確立する。

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