論文の概要: Modelling of spin decoherence in a Si hole qubit perturbed by a single
charge fluctuator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.10476v2
- Date: Fri, 31 Mar 2023 19:49:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-05 00:27:18.530382
- Title: Modelling of spin decoherence in a Si hole qubit perturbed by a single
charge fluctuator
- Title（参考訳）: 単一電荷揺動器によるsiホール量子ビットのスピン非一貫性のモデル化
- Authors: Baker Shalak, Christophe Delerue, Yann-Michel Niquet
- Abstract要約: シリコンナノワイヤチャネルに沿ったゲートの集合によって静電気的に定義された量子ドット内のホールスピン量子ビットをシミュレートする。
遅延時間$T$は広帯域の2レベルモデルでよく与えられることを示す。
- 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: Spin qubits in semiconductor quantum dots are one of the promizing devices to
realize a quantum processor. A better knowledge of the noise sources affecting
the coherence of such a qubit is therefore of prime importance. In this work,
we study the effect of telegraphic noise induced by the fluctuation of a single
electric charge. We simulate as realistically as possible a hole spin qubit in
a quantum dot defined electrostatically by a set of gates along a silicon
nanowire channel. Calculations combining Poisson and time-dependent
Schr\"odinger equations allow to simulate the relaxation and the dephasing of
the hole spin as a function of time for a classical random telegraph signal. We
show that dephasing time $T_2$ is well given by a two-level model in a wide
range of frequency. Remarkably, in the most realistic configuration of a low
frequency fluctuator, the system has a non-Gaussian behavior in which the phase
coherence is lost as soon as the fluctuator has changed state. The Gaussian
description becomes valid only beyond a threshold frequency $\omega_{th}$, when
the two-level system reacts to the statistical distribution of the fluctuator
states. We show that the dephasing time $T_{2}(\omega_{th})$ at this threshold
frequency can be considerably increased by playing on the orientation of the
magnetic field and the gate potentials, by running the qubit along "sweet"
lines. However, $T_{2}(\omega_{th})$ remains bounded due to dephasing induced
by the non-diagonal terms of the stochastic perturbation Hamiltonian. Our
simulations reveal that the spin relaxation cannot be described cleanly in the
two-level model because the coupling to higher energy hole levels impacts very
strongly the spin decoherence. This result suggests that multi-level
simulations including the coupling to phonons should be necessary to describe
the relaxation phenomenon in this type of qubit.
- Abstract（参考訳）: 半導体量子ドットにおけるスピン量子ビットは、量子プロセッサを実現するためのデバイスの一つである。
したがって、そのような量子ビットのコヒーレンスに影響を与えるノイズ源についてより深い知識が重要である。
本研究では,単一電荷のゆらぎによる電信ノイズの影響について検討する。
シリコンナノワイヤチャネルに沿ったゲートの集合によって静電的に定義される量子ドット内のホールスピン量子ビットを可能な限り現実的にシミュレートする。
ポアソン方程式と時間依存シュリンガー方程式を組み合わせた計算は、古典的ランダムな電信信号の時間関数としてのホールスピンの緩和と減退をシミュレートすることができる。
遅延時間$t_2$ は、幅広い周波数の2レベルモデルによって与えられる。
驚くべきことに、低周波揺動器の最も現実的な構成では、揺動器の状態が変化した直後に位相コヒーレンスが失われる非ガウス的挙動を有する。
ガウス的記述は、2レベル系がゆらぎ状態の統計分布に反応するとき、閾値周波数$\omega_{th}$を超えてのみ有効となる。
この閾値周波数での劣化時間$T_{2}(\omega_{th})$は、「甘い」線に沿ってクビットを走らせることにより、磁場とゲート電位の向きで再生することにより著しく増大することができることを示す。
しかし、$t_{2}(\omega_{th})$ は確率摂動ハミルトニアンの非対角項によって引き起こされる強調のため、有界である。
シミュレーションの結果,スピン緩和は高エネルギーホールレベルへの結合がスピン脱コヒーレンスに強く影響するため,2レベルモデルではきれいに説明できないことがわかった。
この結果は、このタイプの量子ビットにおける緩和現象を記述するためには、フォノンとのカップリングを含むマルチレベルシミュレーションが必要であることを示唆する。
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