論文の概要: Dispersive cavity-mediated quantum gate between driven dot-donor nuclear
spins
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.10026v1
- Date: Tue, 20 Sep 2022 22:31:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-25 23:12:46.554177
- Title: Dispersive cavity-mediated quantum gate between driven dot-donor nuclear
spins
- Title（参考訳）: パルスドットドナー核スピン間の分散キャビティを介する量子ゲート
- Authors: Jonas Mielke and Guido Burkard
- Abstract要約: 核スピンは非常に長い時間を示すが、核スピンの量子ビットを制御しようとすると、環境からの適切な隔離は困難である。
特に難しいのは、核スピン量子ビットだけでなく、遠い量子ビット間の2量子ゲートの実現である。
そこで本研究では,Si QDの蛍光ゲートとSiホスト材料に担持した置換ドナー原子からなるハイブリッド量子ドットドナー(QDD)システムを提案する。
我々はQDDシステムの駆動により、GHz系におけるドナー核スピン分裂とGHz系における典型的な共振器周波数との周波数ミスマッチを補償できることを発見した。
- 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: Nuclear spins show exceptionally long coherence times but the underlying good
isolation from their environment is a challenge when it comes to controlling
nuclear spin qubits. A particular difficulty, not only for nuclear spin qubits,
is the realization of two-qubit gates between distant qubits. Recently, strong
coupling between an electron spin and microwave resonator photons [1,2] as well
as a microwave resonator mediated coupling between two electron spins both in
the resonant [3] and the dispersive [4] regime have been reported and, thus, a
microwave resonator mediated electron spin two qubit gate [5] seems to be in
reach. Inspired by these findings, we theoretically investigate the interaction
of a microwave resonator with a hybrid quantum dot-donor (QDD) system
consisting of a gate defined Si QD and a laterally displaced $^{31}$P
phosphorous donor atom implanted in the Si host material. We find that driving
the QDD system allows to compensate the frequency mismatch between the donor
nuclear spin splitting in the MHz regime and typical superconducting resonator
frequencies in the GHz regime, and also enables an effective nuclear
spin-photon coupling. While we expect this coupling to be weak, we predict that
coupling the nuclear spins of two distant QDD systems dispersively to the
microwave resonator allows the implementation of a resonator mediated nuclear
spin two-qubit $\sqrt{i\mathrm{SWAP}}$ gate with a gate fidelity approaching
$95\%$.
[1] X. Mi et al., Nature 555, 599 (2018).
[2] N. Samkharadze et al., Science 359, 1123 (2018).
[3] F. Borjans et al., Nature 577, 195 (2020).
[4] P. Harvey-Collard et al., arXiv:2108.01206 (2021).
[5] M. Benito et al., Phys. Rev. B 100, 081412 (2019).
- Abstract（参考訳）: 核スピンは、非常に長いコヒーレンス時間を示すが、核スピン量子ビットの制御に関しては、その環境からの良好な隔離が課題である。
特に難しいのは、核スピン量子ビットだけでなく、遠い量子ビット間の2量子ゲートの実現である。
近年、電子スピンとマイクロ波共振器光子 [1,2] の強い結合と、共振性[3]と分散性[4]レジームの両方で2つの電子スピンを媒介するマイクロ波共振器の結合が報告されており、マイクロ波共振器を媒介とする電子スピン2量子ゲート [5] が到達しているようである。
これらの知見に触発されて、我々はマイクロ波共振器とSiホスト材料に埋め込まれたゲート定義Si QDと側方置換$^{31}$Pリンドナー原子からなるハイブリッド量子ドットドナー(QDD)システムとの相互作用を理論的に検討した。
QDDシステムの駆動は、MHz系におけるドナー核スピン分裂とGHz系における典型的な超伝導共振器周波数との周波数ミスマッチを補償し、有効な核スピン光子結合を可能にする。
この結合が弱くなると予想する一方で、マイクロ波共振器に分散して2つの離れたQDD系の核スピンを結合することで、共振器を媒介する核スピンを2-qubit $\sqrt{i\mathrm{SWAP}}$ゲートで実装できると予測する。
[1] X. Mi et al., Nature 555, 599 (2018)。
[2] N. Samkharadze et al., Science 359, 1123 (2018)。
[3] f. borjans et al., nature 577, 195 (2020)。
[4]P. Harvey-Collard et al., arXiv:2108.01206 (2021)
M. Benito et al., Phys.
a b 100, 081412 (2019)。
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