論文の概要: Two-qubit logic with anisotropic exchange in a fin field-effect transistor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.02308v1
• Date: Mon, 5 Dec 2022 14:36:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 20:20:28.356257
• Title: Two-qubit logic with anisotropic exchange in a fin field-effect transistor
• Title（参考訳）: フィン電界効果トランジスタにおける異方性交換を持つ2量子論理
• Authors: Simon Geyer, Bence Het\'enyi, Stefano Bosco, Leon C. Camenzind, Rafael S. Eggli, Andreas Fuhrer, Daniel Loss, Richard J. Warburton, Dominik M. Zumb\"uhl and Andreas V. Kuhlmann
• Abstract要約: ホールスピン量子ビットは高速な全電気量子ビット制御とスイーツスポットにより電荷と核スピンノイズに対抗できる。 産業対応デバイスにおけるホールスピンに制御された2量子ゲートを実演する。 我々の研究は、シリコントランジスタのホールスピン量子ビットを、大規模量子コンピュータの実現に一歩近づいたものにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Semiconductor spin qubits offer a unique opportunity for scalable quantum computation by leveraging classical transistor technology. Hole spin qubits benefit from fast all-electrical qubit control and sweet spots to counteract charge and nuclear spin noise. The demonstration of a two-qubit quantum gate in a silicon fin field-effect transistor, that is, the workhorse device of today's semiconductor industry, has remained an open challenge. Here, we demonstrate a controlled rotation two-qubit gate on hole spins in an industry-compatible device. A short gate time of 24 ns is achieved. The quantum logic exploits an exchange interaction that can be tuned from above 500 MHz to close-to-off. Significantly, the exchange is strikingly anisotropic. By developing a general theory, we show that the anisotropy arises as a consequence of a strong spin-orbit interaction. Upon tunnelling from one quantum dot to the other, the spin is rotated by almost 90 degrees. The exchange Hamiltonian no longer has Heisenberg form and is engineered in such a way that there is no trade-off between speed and fidelity of the two-qubit gate. This ideal behaviour applies over a wide range of magnetic field orientations rendering the concept robust with respect to variations from qubit to qubit. Our work brings hole spin qubits in silicon transistors a step closer to the realization of a large-scale quantum computer.
• Abstract（参考訳）: 半導体スピン量子ビットは、古典的トランジスタ技術を活用することで、スケーラブルな量子計算にユニークな機会を提供する。 ホールスピン量子ビットは高速な全電気量子ビット制御とスイーツスポットにより電荷と核スピンノイズに対抗できる。 現在の半導体産業のワークホースデバイスであるシリコンフィン電界効果トランジスタにおける2量子ゲートの実証は、依然としてオープンな課題である。 本稿では,業界互換デバイスにおいて,ホールスピン上の制御回転2量子ビットゲートを実演する。 24 nsの短いゲートタイムが達成される。 量子論理は500MHz以上からクローズ・トゥ・オフまで調整可能な交換相互作用を利用する。 重要なのは、この交換は著しく異方性だ。 一般理論を発展させることで、強いスピン軌道相互作用の結果、異方性が生じることを示す。 1つの量子ドットからもう1つの量子ドットにトンネルすると、スピンはほぼ90度回転する。 交換ハミルトニアンはもはやハイゼンベルク形式を持たず、2量子ゲートの速度と忠実性の間にトレードオフがないよう設計されている。 この理想的な振る舞いは、qubitからqubitへのバリエーションに関して、概念を堅牢にする幅広い磁場配向に適用できる。 我々の研究は、シリコントランジスタのホールスピン量子ビットを、大規模量子コンピュータの実現に一歩近づける。

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