論文の概要: Semiconductor Spin Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.08863v1
- Date: Thu, 16 Dec 2021 13:17:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-04 09:29:01.219073
- Title: Semiconductor Spin Qubits
- Title（参考訳）: 半導体スピン量子ビット
- Authors: Guido Burkard, Thaddeus D. Ladd, John M. Nichol, Andrew Pan, Jason R.
Petta
- Abstract要約: レビューは半導体スピン量子ビットの物理に焦点を当てている。
単一のスピン量子ビット、ドナースピン量子ビット、シングルトリップレットスピン量子ビット、交換専用スピン量子ビットの4つの主要な種類のスピン量子ビットを含む。
- 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: The spin degree of freedom of an electron or a nucleus is one of the most
basic properties of nature and functions as an excellent qubit, as it provides
a natural two-level system that is insensitive to electric fields, leading to
long quantum coherence times. We review the physics of semiconductor spin
qubits, focusing not only on the early achievements of spin initialization,
control, and readout in GaAs quantum dots, but also on recent advances in Si
and Ge spin qubits, including improved charge control and readout, coupling to
other quantum degrees of freedom, and scaling to larger system sizes. We begin
by introducing the four major types of spin qubits: single spin qubits, donor
spin qubits, singlet-triplet spin qubits, and exchange-only spin qubits. We
then review the mesoscopic physics of quantum dots, including single-electron
charging, valleys, and spin-orbit coupling. We next give a comprehensive
overview of the physics of exchange interactions, a crucial resource for
single- and two-qubit control in spin qubits. The bulk of this review is
centered on the presentation of results from each major spin qubit type, the
present limits of fidelity, and a brief overview of alternative spin qubit
platforms. We then give a physical description of the impact of noise on
semiconductor spin qubits, aided in large part by an introduction to the filter
function formalism. Lastly, we review recent efforts to hybridize spin qubits
with superconducting systems, including charge-photon coupling, spin-photon
coupling, and long-range cavity-mediated spin-spin interactions. Cavity-based
readout approaches are also discussed. This review is intended to give an
appreciation for the future prospects of semiconductor spin qubits, while
highlighting the key advances in mesoscopic physics over the past two decades
that underlie the operation of modern quantum-dot and donor spin qubits.
- Abstract（参考訳）: 電子や核のスピン自由度は自然と機能の最も基本的な性質の1つであり、電場に敏感な自然な2レベルシステムを提供し、長い量子コヒーレンス時間をもたらすため、優れた量子ビットとして機能する。
我々は、半導体スピン量子ビットの物理を概観し、GaAs量子ドットにおけるスピン初期化、制御、読み出しの初期の成果だけでなく、電荷制御と読み出しの改善、他の量子自由度への結合、より大きなシステムサイズへのスケーリングなど、SiおよびGeスピン量子ビットの最近の進歩にも焦点をあてる。
まず、single spin qubits、donor spin qubits、singlet-triplet spin qubits、exchange-only spin qubitsの4つの主要なタイプを導入する。
次に、単電子帯電、谷、スピン軌道結合を含む量子ドットのメソスコピック物理学を考察する。
次に,スピン量子ビットにおける単一および2量子ビット制御の重要な資源である交換相互作用の物理を包括的に概観する。
このレビューの大部分は、各主要なスピンキュービットタイプからの結果の提示、現在の忠実性の限界、および代替スピンキュービットプラットフォームの概要に焦点を当てている。
次に, 半導体スピン量子ビットに対するノイズの影響を物理的に説明し, フィルタ関数の形式化の導入によって大きく支援する。
最後に、電荷-光子結合、スピン-光子結合、長距離空洞-スピン相互作用を含む超伝導系とのスピン量子ビットのハイブリッド化に関する最近の取り組みについて述べる。
キャビティベースの読み出しアプローチについても論じる。
このレビューは、半導体スピン量子ビットの将来展望を称賛することを目的としており、現代の量子ドットとドナースピン量子ビットの操作を支えている過去20年間のメソスコピック物理学の重要な進歩を強調している。
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