論文の概要: Scalable Atomic Arrays for Spin-Based Quantum Computers in Silicon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.09626v1
- Date: Mon, 18 Sep 2023 09:56:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-19 14:10:48.173978
- Title: Scalable Atomic Arrays for Spin-Based Quantum Computers in Silicon
- Title(参考訳): シリコンスピン量子コンピュータのためのスケーラブルアトミックアレイ
- Authors: Alexander M. Jakob (1), Simon G. Robson (1), Hannes R. Firgau (2),
Vincent Mourik (2), Vivien Schmitt (2), Danielle Holmes (2), Matthias Posselt
(3), Edwin L.H. Mayes (4), Daniel Spemann (5), Andrea Morello (2), David N.
Jamieson (1) ((1) CQC2T, School of Physics, The University of Melbourne,
Australia, (2) CQC2T, School of Electrical Engineering and
Telecommunications, UNSW Sydney, Australia, (3) Helmholtz-Zentrum
Dresden-Rossendorf (HZDR), Germany, (4) RMIT Microscopy and Microanalysis
Facility, RMIT University, Australia, (5) Leibniz-Institut f\"ur
Oberfl\"achenmodifizierung e.V., Germany)
- Abstract要約: 我々は、スケールアップドナーベースの量子コンピュータを製造するための複数の戦略を実証し、統合する。
私たちは、31ドルPF_2$分子インプラントを使用して、31ドルPイオンと比較して、配置の確実性を3倍にします。
同様の信頼性は、123$Sbや209$Biなどの重い原子を注入することで維持される。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 25.271311916546793
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Semiconductor spin qubits combine excellent quantum performance with the
prospect of manufacturing quantum devices using industry-standard
metal-oxide-semiconductor (MOS) processes. This applies also to ion-implanted
donor spins, which further afford exceptional coherence times and large Hilbert
space dimension in their nuclear spin. Here we demonstrate and integrate
multiple strategies to manufacture scale-up donor-based quantum computers. We
use $^{31}$PF$_{2}$ molecule implants to triple the placement certainty
compared to $^{31}$P ions, while attaining 99.99$\,$% confidence in detecting
the implant. Similar confidence is retained by implanting heavier atoms such as
$^{123}$Sb and $^{209}$Bi, which represent high-dimensional qudits for quantum
information processing, while Sb$_2$ molecules enable deterministic formation
of closely-spaced qudits. We demonstrate the deterministic formation of regular
arrays of donor atoms with 300$\,$nm spacing, using step-and-repeat
implantation through a nano aperture. These methods cover the full gamut of
technological requirements for the construction of donor-based quantum
computers in silicon.
- Abstract(参考訳): 半導体スピン量子ビットは、優れた量子性能と業界標準の金属酸化物半導体(mos)プロセスを用いた量子デバイス製造の可能性を組み合わせた。
これはイオン注入ドナースピンにも当てはまり、核スピンにおいて特別なコヒーレンス時間と大きなヒルベルト空間次元が与えられる。
ここでは、スケールアップドナーベースの量子コンピュータを製造するための複数の戦略を実証し、統合する。
我々は、$^{31}$PF$_{2}$分子インプラントを使用して、インプラントの検出に99.99$\,$%の信頼を得ながら、配置確実性を$^{31}$Pイオンと比較する。
同様の信頼性は、量子情報処理のための高次元quditを表す$^{123}$sbや$^{209}$biのような重い原子を注入することで維持される。
ナノアパーチャによるステップ・アンド・レピート注入により,300$\,$nm間隔のドナー原子の規則配列が決定論的に形成されることを示す。
これらの手法は、シリコンでドナーベースの量子コンピュータを構築するための技術要件の全範囲をカバーする。
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