論文の概要: Multi-module microwave assembly for fast read-out and charge noise characterization of silicon quantum dots
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.13442v2
- Date: Thu, 2 May 2024 09:12:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-03 22:49:30.959445
- Title: Multi-module microwave assembly for fast read-out and charge noise characterization of silicon quantum dots
- Title（参考訳）: シリコン量子ドットの高速読み出し・チャージノイズ評価のためのマルチモジュールマイクロ波アセンブリ
- Authors: Felix-Ekkehard von Horstig, David J. Ibberson, Giovanni A. Oakes, Laurence Cochrane, David F. Wise, Nadia Stelmashenko, Sylvain Barraud, Jason A. W. Robinson, Frederico Martins, M. Fernando Gonzalez-Zalba,
- Abstract要約: 我々は, 超伝導体-半導体多モジュールマイクロ波アセンブリを開発し, 最先端の電荷状態の読み出しを実証する。
ここで提示されるモジュラーマイクロ波回路は、他の量子デバイスと直接的に組み合わせて読み出し性能を向上させることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6819010383838326
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fast measurements of quantum devices is important in areas such as quantum sensing, quantum computing and nanodevice quality analysis. Here, we develop a superconductor-semiconductor multi-module microwave assembly to demonstrate charge state readout at the state-of-the-art. The assembly consist of a superconducting readout resonator interfaced to a silicon-on-insulator (SOI) chiplet containing quantum dots (QDs) in a high-$\kappa$ nanowire transistor. The superconducting chiplet contains resonant and coupling elements as well as $LC$ filters that, when interfaced with the silicon chip, result in a resonant frequency $f=2.12$ GHz, a loaded quality factor $Q=850$, and a resonator impedance $Z=470$ $\Omega$. Combined with the large gate lever arms of SOI technology, we achieve a minimum integration time for single and double QD transitions of 2.77 ns and 13.5 ns, respectively. We utilize the assembly to measure charge noise over 9 decades of frequency up to 500 kHz and find a 1/$f$ dependence across the whole frequency spectrum as well as a charge noise level of 4 $\mu$eV/$\sqrt{\text{Hz}}$ at 1 Hz. The modular microwave circuitry presented here can be directly utilized in conjunction with other quantum device to improve the readout performance as well as enable large bandwidth noise spectroscopy, all without the complexity of superconductor-semiconductor monolithic fabrication.
- Abstract（参考訳）: 量子デバイスの高速測定は、量子センシング、量子コンピューティング、ナノデバイスの品質分析などの分野で重要である。
そこで我々は, 超伝導体-半導体多モジュールマイクロ波アセンブリを開発し, 最先端の電荷状態の読み出しを実証する。
このアセンブリは、シリコンオン絶縁体(SOI)チップレットと接続された超伝導リードアウト共振器からなり、量子ドット(QD)を高価格のナノワイヤトランジスタに収めている。
超伝導チップレットは共振素子とカップリング素子とLC$フィルタを含み、シリコンチップとインターフェースすると共振周波数$f=2.12$ GHz、負荷品質係数$Q=850$、共振器インピーダンス$Z=470$\Omega$となる。
SOI技術のゲートレバーアームと組み合わせることで、それぞれ2.77 nsと13.5 nsの単一QD遷移と二重QD遷移の最小積分時間を達成できる。
このアセンブリを用いて、最大500kHzまでの9年間の周波数で電荷ノイズを測定し、周波数スペクトル全体の1/f$依存性と4$\mu$eV/$\sqrt{\text{Hz}}$の電荷ノイズレベルを1Hzとする。
ここで提示されるモジュラーマイクロ波回路は、他の量子デバイスと直接的に利用することができ、読み出し性能を改善し、また、超伝導体と半導体のモノリシックな製造の複雑さを伴わずに、大きな帯域幅のノイズスペクトロスコピーを可能にする。
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