論文の概要: An electron-spin qubit platform assembled atom-by-atom on a surface
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.09880v2
- Date: Fri, 5 Aug 2022 09:15:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-17 12:24:47.197392
- Title: An electron-spin qubit platform assembled atom-by-atom on a surface
- Title（参考訳）: 表面上の原子間原子集合電子スピン量子ビットプラットフォーム
- Authors: Yu Wang, Yi Chen, Hong T. Bui, Christoph Wolf, Masahiro Haze, Cristina
Mier, Jinkyung Kim, Deung-jang Choi, Christopher P. Lutz, Yujeong Bae,
Soo-Hyon Phark, Andreas J. Heinrich
- Abstract要約: 原子間構造,コヒーレント操作,および表面上の複数の電子スピン量子ビットの読み出しを示すことにより,原子スケールの量子ビットプラットフォームを実証する。
我々の研究はアングストロームスケールの量子ビットプラットフォームの構築であり、そこでは電子スピンアレイを用いた量子関数が表面上に原子単位で構築された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.2557648054493065
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: Creating a quantum-coherent architecture at the atomic scale has long been an
ambition in quantum science and nanotechnology. This ultimate length scale
requires the use of fundamental quantum properties of atoms, such as the spin
of electrons, which naturally occurs in many solid-state environments and
allows high-fidelity operations and readout by electromagnetic means. Despite
decades of effort, however, it remains a formidable task to realize an
atomic-scale quantum architecture where multiple electron spin qubits can be
precisely assembled, controllably coupled, and coherently operated. Electron
spin qubits created in dopants in semiconductors and color centers in
insulators, for example, can be well controlled individually6-8 but are
difficult to couple together into a circuit. On the other hand, multiple
magnetic atoms and molecules on surfaces can be coupled to each other by
building sophisticated atomic structures using a scanning tunneling microscope
(STM), but coherent operation has so far been limited to a single qubit in the
tunnel junction. Here we demonstrate an atomic-scale qubit platform by showing
atom-by-atom construction, coherent operations, and readout of multiple
electron-spin qubits on a surface. To enable the coherent control of remote
qubits that are outside the tunnel junction, we complement each electron spin
with a local magnetic field gradient from a nearby single-atom magnet. To
enable readout of remote qubits, we employ a sensor qubit in the tunnel
junction and implement pulsed double electron spin resonance. Using these
methods, we demonstrate fast single-, two-, and three-qubit operations in an
all-electrical fashion. Our work marks the creation of an Angstrom-scale qubit
platform, where quantum functionalities using electron spin arrays, built
atom-by-atom on a surface, are now within reach.
- Abstract（参考訳）: 原子スケールで量子コヒーレントなアーキテクチャを構築することは、長い間量子科学とナノテクノロジーの野望だった。
この究極の長さスケールは、多くの固体環境で自然に起こる電子スピンのような原子の基本量子特性を利用し、電磁的な方法で高忠実な操作と読み出しを可能にする。
しかし、数十年の努力にもかかわらず、複数の電子スピン量子ビットを精密に組み立て、制御結合し、コヒーレントに操作できる原子スケールの量子アーキテクチャを実現することは、依然として素晴らしい課題である。
例えば半導体のドーパントや絶縁体の色中心で生成される電子スピン量子ビットは、個別に6-8で制御できるが、回路に結合することは難しい。
一方, 走査型トンネル顕微鏡 (STM) を用いて複雑な原子構造を構築することで, 表面上の複数の磁性原子と分子を結合させることができるが, コヒーレント動作はトンネル接合の1量子ビットに制限されている。
ここでは、原子間構造、コヒーレント操作、表面上の複数の電子スピン量子ビットの読み出しを示すことにより、原子スケールの量子ビットプラットフォームを示す。
トンネル接合の外側にある遠隔量子ビットのコヒーレント制御を可能にするため、近傍の単原子磁石から各電子スピンを局所磁場勾配で補完する。
リモート量子ビットの読み出しを可能にするため、トンネル接合部にセンサ量子ビットを用い、パルス二重電子スピン共鳴を実装した。
これらの手法を用いて、全電気方式で高速なシングルビット、2ビット、3ビット演算を実演する。
我々の研究はアングストロームスケールの量子ビットプラットフォームを作り、そこでは電子スピンアレイを用いた量子関数が表面上に原子単位で構築された。
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