論文の概要: Modelling semiconductor spin qubits and their charge noise environment
for quantum gate fidelity estimation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.04539v2
- Date: Tue, 22 Aug 2023 10:00:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-23 15:20:16.148955
- Title: Modelling semiconductor spin qubits and their charge noise environment
for quantum gate fidelity estimation
- Title（参考訳）: 量子ゲート忠実度推定のための半導体スピン量子ビットのモデル化とその電荷ノイズ環境
- Authors: M. Mohamed El Kordy Shehata, George Simion, Ruoyu Li, Fahd A.
Mohiyaddin, Danny Wan, Massimo Mongillo, Bogdan Govoreanu, Iuliana Radu,
Kristiaan De Greve and Pol Van Dorpe
- Abstract要約: 半導体量子ドットに閉じ込められた電子のスピンは量子ビット(量子ビット)の実装の有望な候補である。
本稿では、二重量子ドット(DQD)デバイスと荷電ノイズ環境のための共モデリングフレームワークを提案する。
量子ゲート誤差と量子ドット閉じ込めの逆相関を求める。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9406493726662083
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The spin of an electron confined in semiconductor quantum dots is currently a
promising candidate for quantum bit (qubit) implementations. Taking advantage
of existing CMOS integration technologies, such devices can offer a platform
for large scale quantum computation. However, a quantum mechanical framework
bridging a device's physical design and operational parameters to the qubit
energy space is lacking. Furthermore, the spin to charge coupling introduced by
intrinsic or induced Spin-Orbit-Interaction (SOI) exposes the qubits to charge
noise compromising their coherence properties and inducing quantum gate errors.
We present here a co-modelling framework for double quantum dot (DQD) devices
and their charge noise environment. We use a combination of an electrostatic
potential solver, full configuration interaction quantum mechanical methods and
two-level-fluctuator models to study the quantum gate performance in realistic
device designs and operation conditions. We utilize the developed models
together alongside the single electron solutions of the quantum dots to
simulate one- and two- qubit gates in the presence of charge noise. We find an
inverse correlation between quantum gate errors and quantum dot confinement
frequencies. We calculate X-gate fidelities >97% in the simulated Si-MOS
devices at a typical TLF densities. We also find that exchange driven two-qubit
SWAP gates show higher sensitivity to charge noise with fidelities down to 91%
in the presence of the same density of TLFs. We further investigate the one-
and two- qubit gate fidelities at different TLF densities. We find that given
the small size of the quantum dots, sensitivity of a quantum gate to the
distance between the noise sources and the quantum dot creates a strong
variability in the quantum gate fidelities which can compromise the device
yields in scaled qubit technologies.
- Abstract（参考訳）: 半導体量子ドットに閉じ込められた電子のスピンは、量子ビット(量子ビット)実装の有望な候補である。
既存のCMOS統合技術を利用して、そのようなデバイスは大規模量子計算のためのプラットフォームを提供することができる。
しかし、デバイスの物理的設計と動作パラメータを量子ビットエネルギー空間にブリッジする量子力学的フレームワークは不足している。
さらに、固有または誘導スピン軌道相互作用(soi)によって導入されたスピン対電荷結合は、量子ビットがコヒーレンス特性を妥協し量子ゲートエラーを誘発するノイズを電荷化する。
本稿では,二重量子ドット(dqd)デバイスとその帯電雑音環境のためのコモデリングフレームワークを提案する。
本研究では,静電ポテンシャル解法,フルコンフィグレーション相互作用量子力学的手法,および2レベル変動モデルを組み合わせて,現実的なデバイス設計と動作条件における量子ゲート性能の研究を行う。
我々は、量子ドットの単一電子溶液とともに開発されたモデルを用いて、電荷ノイズの存在下で1ビットと2ビットのゲートをシミュレートする。
量子ゲート誤差と量子ドット閉じ込め周波数の逆相関を求める。
シミュレーションしたSi-MOSデバイスにおいて, 典型的なTLF密度のXゲート忠実度>97%を算出する。
また,交換駆動型2量子ビットスワップゲートは,tlfの密度が同じ場合,音質が91%まで低下するほど高い感度を示すことがわかった。
さらに,TLF密度の異なる1および2ビットゲートの忠実度について検討した。
量子ドットの大きさが小さいと、ノイズ源と量子ドットの間の距離に対する量子ゲートの感度は、量子ゲートの忠実度に強いばらつきをもたらし、スケールした量子ビット技術におけるデバイス収率を損なうことができる。
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