論文の概要: Quantum Control of Spin Qubits Using Nanomagnets

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.16720v1
• Date: Thu, 31 Mar 2022 00:01:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-20 05:13:42.436663
• Title: Quantum Control of Spin Qubits Using Nanomagnets
• Title（参考訳）: ナノマグネットを用いたスピン量子ビットの量子制御
• Authors: Mohamad Niknam, Md Fahim F. Chowdhury, Md Mahadi Rajib, Walid Al Misba, Robert N. Schwartz, Kang L. Wang, Jayasimha Atulasimha, Louis-S. Bouchard
• Abstract要約: ナノスケール磁気の電圧制御を用いたスピン量子ビットに対処する新しい手法を提案する。 ナノマグネットの電界駆動の周波数をナノスケールの体積に制限されたスピンのラーモア周波数に調整することにより、フォールトトレラント量子コンピューティングに近づく忠実度を持つ単一量子ビット量子ゲートを実現することができることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.09423257767158633
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Single-qubit gates are essential components of a universal quantum computer. Without selective addressing of individual qubits, scalable implementation of quantum algorithms is not possible. When the qubits are discrete points or regions on a lattice, the selective addressing of magnetic spin qubits at the nanoscale remains a challenge due to the difficulty of localizing and confining a classical divergence-free field to a small volume of space. Herein we propose a new technique for addressing spin qubits using voltage-control of nanoscale magnetism, exemplified by the use of voltage control of magnetic anisotropy (VCMA). We show that by tuning the frequency of the nanomagnet's electric field drive to the Larmor frequency of the spins confined to a nanoscale volume, and by modulating the phase of the drive, single-qubit quantum gates with fidelities approaching those for fault-tolerant quantum computing can be implemented. Such single-qubit gate operations have the advantage of remarkable energy efficiency, requiring only tens of femto-Joules per gate operation, and lossless, purely magnetic field control (no E-field over the target volume). Their physical realization is also straightforward using existing foundry manufacturing techniques.
• Abstract（参考訳）: 単一量子ビットゲートは普遍量子コンピュータの重要な構成要素である。 個々の量子ビットの選択的アドレスがなければ、量子アルゴリズムのスケーラブルな実装は不可能である。 量子ビットが格子上の離散点または領域であるとき、ナノスケールでの磁気スピン量子ビットの選択的アドレス付けは、古典的発散のない場を小さな空間に局所化して収束させることが困難であるため、依然として困難である。 本稿では、磁気異方性(VCMA)の電圧制御を応用したナノスケール磁気の電圧制御によるスピン量子ビットの対応手法を提案する。 ナノマグネットの電界駆動の周波数をナノスケールの体積に制限されたスピンのラーモア周波数に調整することにより、駆動の位相を変調することにより、フォールトトレラント量子コンピューティングに近づく忠実度を持つ単一量子ゲートを実現することができることを示す。 このようなシングルキュービットのゲート操作は、ゲート操作毎に数十フェムトジュールしか必要とせず、損失のない純粋磁場制御(e-field over the target volume)という驚くべきエネルギー効率の利点がある。 物理的な実現は、既存の鋳物製造技術でも簡単に行える。

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