論文の概要: Optimizing lateral quantum dot geometries for reduced exchange noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.10512v1
- Date: Fri, 18 Dec 2020 21:06:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-20 06:06:14.911279
- Title: Optimizing lateral quantum dot geometries for reduced exchange noise
- Title（参考訳）: 交換雑音低減のための横型量子ドットジオメトリの最適化
- Authors: Brandon Buonacorsi, Marek Korkusinski, Bohdan Khromets, Jonathan Baugh
- Abstract要約: 本研究は, 印加ゲート電圧の変動や電荷雑音による干渉バイアスに対する交換の感度に物理的装置がどう影響するかを考察する。
本稿では、交換エネルギーを計算するために、高調波軌道相互作用(LCHO-CI)の線形結合を改良した手法を提案する。
- 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: For electron spin qubits in quantum dots, reducing charge noise sensitivity
is a critical step in achieving fault tolerant two-qubit gates mediated by the
exchange interaction. This work explores how the physical device geometry
affects the sensitivity of exchange to fluctuations in applied gate voltage and
interdot bias due to charge noise. We present a modified linear combination of
harmonic orbitals configuration interaction (LCHO-CI) method for calculating
exchange energies that is applicable to general quantum dot networks. In the
modified LCHO-CI approach, an orthogonal set of harmonic orbitals formed at the
center of the dot network is used to approximate the many-electron states. This
choice of basis significantly reduces the computation time of the full CI
calculation by enabling a pre-calculated library of matrix elements to be used
in evaluating the Coulomb integrals. The resultant many-electron spectra are
mapped onto a Heisenberg Hamiltonian to determine the individual pairwise
electronic exchange interaction strengths, $J_{ij}$. The accuracy of the
modified LCHO-CI method is further improved by optimizing the choice of
harmonic orbitals without significantly lengthening the calculation time. The
modified LCHO-CI method is used to calculate $J$ for a silicon MOSFET double
quantum dot occupied by two electrons. Two-dimensional potential landscapes are
calculated from a 3D device structure, including both the Si/SiO$_2$
heterostructure and metal gate electrodes. The computational efficiency of the
modified LCHO-CI method enables systematic tuning of the device parameters to
determine their impact on the sensitivity of $J$ to charge noise, including
plunger gate size, tunnel gate width, SiO$_2$ thickness and dot eccentricity.
Generally, we find that geometries with larger dot charging energies, smaller
plunger gate lever arms, and symmetric dots are less sensitive to noise.
- Abstract（参考訳）: 量子ドット内の電子スピン量子ビットに対して、電荷ノイズの感度の低減は、交換相互作用を媒介とするフォールトトレラントな2量子ビットゲートを実現する上で重要なステップである。
本研究は、物理デバイス形状が印加ゲート電圧の変動に対する交換の感度と電荷雑音による干渉バイアスにどのように影響するかを考察する。
本稿では,一般量子ドットネットワークに適用可能な交換エネルギーを計算するための高調波軌道配置相互作用(lcho-ci)法の修正線形結合を提案する。
修正LCHO-CI法では、ドットネットワークの中心に形成される高調波軌道の直交集合を用いて、多電子状態の近似を行う。
この基底の選択は、行列要素の事前計算ライブラリをクーロン積分の評価に使用できるようにすることで、完全なCI計算の計算時間を著しく短縮する。
結果として得られた多電子スペクトルはハイゼンベルク・ハミルトニアンに写像され、個々の電子交換相互作用強度、$J_{ij}$を決定する。
計算時間を著しく延長することなく高調波軌道の選択を最適化することにより、修正LCHO-CI法の精度をさらに向上する。
修飾LCHO-CI法は、2電子が占有するシリコンMOSFET二重量子ドットのJ$を計算するために用いられる。
Si/SiO$_2$ヘテロ構造と金属ゲート電極の両方を含む3次元デバイス構造から2次元電位ランドスケープを算出する。
修正されたlcho-ci法の計算効率により、デバイスパラメータの体系的なチューニングが可能となり、プランジャゲートサイズ、トンネルゲート幅、sio$_2$厚さ、ドット偏心など、電荷ノイズに対する感度への影響が決定される。
概して、より大きなドット充電エネルギー、より小さなプランジャーゲートレバーアーム、対称ドットを持つジオメトリはノイズに対する感受性が低いことが分かる。
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