論文の概要: Deterministic Single Ion Implantation with 99.87% Confidence for Scalable Donor-Qubit Arrays in Silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.02892v2
• Date: Wed, 9 Sep 2020 10:04:37 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-03 07:32:12.810664
• Title: Deterministic Single Ion Implantation with 99.87% Confidence for Scalable Donor-Qubit Arrays in Silicon
• Title（参考訳）: シリコンのスケーラブルドナー量子アレイに対する99.87%信頼度を持つ決定論的単一イオン注入
• Authors: Alexander M. Jakob, Simon G. Robson, Vivien Schmitt, Vincent Mourik, Matthias Posselt, Daniel Spemann, Brett C. Johnson, Hannes R. Firgau, Edwin Mayes, Jeffrey C. McCallum, Andrea Morello, David N. Jamieson
• Abstract要約: グループVドナースピンは、大規模量子コンピュータデバイスにとって魅力的な量子ビットである。 アイソトピー的に精製された28ドルSi結晶に埋め込まれたグループVドナースピンは、魅力的な量子ビットとなる。 従来の99.87pm0.02$%の信頼性を持つ低エネルギー(14keV)P$+$イオンの注入を実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.62475518267084
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The attributes of group-V-donor spins implanted in an isotopically purified $^{28}$Si crystal make them attractive qubits for large-scale quantum computer devices. Important features include long nuclear and electron spin lifetimes of $^{31}$P, hyperfine clock transitions in $^{209}$Bi and electrically controllable $^{123}$Sb nuclear spins. However, architectures for scalable quantum devices require the ability to fabricate deterministic arrays of individual donor atoms, placed with sufficient precision to enable high-fidelity quantum operations. Here we employ on-chip electrodes with charge-sensitive electronics to demonstrate the implantation of single low-energy (14 keV) P$^+$ ions with an unprecedented $99.87\pm0.02$% confidence, while operating close to room-temperature. This permits integration with an atomic force microscope equipped with a scanning-probe ion aperture to address the critical issue of directing the implanted ions to precise locations. These results show that deterministic single-ion implantation can be a viable pathway for manufacturing large-scale donor arrays for quantum computation and other applications.
• Abstract（参考訳）: 等方的に精製された$^{28}$Si結晶に埋め込まれた群V-ドナースピンの特性は、大規模量子コンピュータデバイスに魅力的な量子ビットを与える。 重要な特徴は、$^{31}$Pの長い核スピンと電子スピンの寿命、$^{209}$Biの超微細クロック遷移、および電気的に制御可能な$^{123}$Sb核スピンである。 しかし、スケーラブルな量子デバイスのためのアーキテクチャは、高忠実な量子演算を可能にするのに十分な精度で配置された個々のドナー原子の決定論的配列を作る能力を必要とする。 ここでは,1個の低エネルギー(14 keV)P$^+$イオンを,室温に近い動作で99.87 pm0.02$%の信頼性で注入することを示すために,感電電子を用いたオンチップ電極を用いる。 これにより、走査プローブイオン開口を備えた原子間力顕微鏡との統合が可能となり、移植されたイオンを正確な位置に向けることの重大な問題に対処できる。 これらの結果から, 決定論的単一イオン注入は, 量子計算やその他の応用のために大規模ドナーアレイを製造する上で有効な経路であることが示唆された。

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