論文の概要: Hole Spin Qubits in Ge Nanowire Quantum Dots: Interplay of Orbital
Magnetic Field, Strain, and Growth Direction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.15039v1
- Date: Thu, 28 Oct 2021 12:00:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-10 01:06:34.425618
- Title: Hole Spin Qubits in Ge Nanowire Quantum Dots: Interplay of Orbital
Magnetic Field, Strain, and Growth Direction
- Title（参考訳）: geナノワイヤ量子ドットにおけるホールスピン量子ビット:軌道磁場、ひずみ、成長方向の相互作用
- Authors: Christoph Adelsberger, M\'onica Benito, Stefano Bosco, Jelena
Klinovaja, Daniel Loss
- Abstract要約: 準1次元構造のホールスピン量子ビットは、量子情報処理のための有望なプラットフォームである。
量子ビットが動作する磁場値において、磁場の軌道効果がスピン量子ビットの応答に強く影響を与えることを示す。
デバイスに垂直に印加された電場および磁場の影響を受け,Geの1次元ホールシステムについて検討した。
- 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: Hole spin qubits in quasi one-dimensional structures are a promising platform
for quantum information processing because of the strong spin-orbit interaction
(SOI). We present analytical results and discuss device designs that optimize
the SOI in Ge semiconductors. We show that at the magnetic field values at
which qubits are operated, orbital effects of magnetic fields can strongly
affect the response of the spin qubit. We study one-dimensional hole systems in
Ge under the influence of electric and magnetic fields applied perpendicularly
to the device. In our theoretical description, we include these effects
exactly. The orbital effects lead to a strong renormalization of the g-factor.
We find a sweet-spot of the nanowire (NW) g-factor where charge noise is
strongly suppressed and present an effective low-energy model that captures the
dependence of the SOI on the electromagnetic fields. Moreover, we compare
properties of NWs with square and circular cross-sections with ones of
gate-defined one-dimensional channels in two-dimensional Ge heterostructures.
Interestingly, the effective model predicts a flat band ground state for
fine-tuned electric and magnetic fields. By considering a quantum dot (QD)
harmonically confined by gates, we demonstrate that the NW g-factor sweet spot
is retained in the QD. Our calculations reveal that this sweet spot can be
designed to coincide with the maximum of the SOI, yielding highly coherent
qubits with large Rabi frequencies. We also study the effective g-factor of NWs
grown along different high symmetry axes and find that our model derived for
isotropic semiconductors is valid for the most relevant growth directions of
non-isotropic Ge NWs. Moreover, a NW grown along one of the three main
crystallographic axes shows the largest SOI. Our results show that the
isotropic approximation is not justified in Ge in all cases.
- Abstract（参考訳）: 準一次元構造におけるホールスピン量子ビットは、強いスピン軌道相互作用(soi)のため、量子情報処理の有望なプラットフォームである。
本稿では,Ge半導体におけるSOIを最適化するデバイス設計について検討する。
量子ビットが操作される磁場の値において、磁場の軌道効果はスピン量子ビットの応答に強く影響することを示した。
デバイスに垂直に印加された電場および磁場の影響を受け,Geの1次元ホールシステムについて検討した。
理論的な記述では、これらの効果を正確に含んでいる。
軌道効果は、g因子の強い再正規化につながる。
電荷ノイズを強く抑制するナノワイヤ(NW)g因子のスイートスポットが発見され,電磁界へのSOIの依存性を捉える有効な低エネルギーモデルが提示される。
さらに,2次元Geヘテロ構造におけるNWと正方および円断面の特性と,ゲート定義1次元チャネルの特性を比較する。
興味深いことに、有効モデルは、微調整された電場および磁場に対する平坦なバンド基底状態を予測する。
ゲートに調和的に閉じ込められた量子ドット(qd)を考えることで、nw g因子のスイートスポットがqdに保持されることを示す。
我々の計算によると、このスイートスポットはSOIの最大値と一致するように設計でき、大きなラビ周波数を持つ高コヒーレント量子ビットが得られる。
また, 異なる高対称性軸に沿って成長したnwsの有効g因子について検討し, 非等方性ge nwsの最も適切な成長方向に対して等方性半導体を導出するモデルが有効であることを見出した。
さらに、3つの主結晶軸の1つに沿って成長したNWは、最大のSOIを示す。
以上の結果から,Geでは等方近似が正当でないことが明らかとなった。
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