論文の概要: Tomography of entangling two-qubit logic operations in exchange-coupled
donor electron spin qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.15463v1
- Date: Wed, 27 Sep 2023 07:58:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-28 14:54:24.570117
- Title: Tomography of entangling two-qubit logic operations in exchange-coupled
donor electron spin qubits
- Title（参考訳）: 交換結合ドナー電子スピン量子ビットにおける絡み合う2ビット論理演算のトモグラフィー
- Authors: Holly G. Stemp, Serwan Asaad, Mark R. van Blankenstein, Arjen
Vaartjes, Mark A. I. Johnson, Mateusz T. M\k{a}dzik, Amber J. A. Heskes,
Hannes R. Firgau, Rocky Y. Su, Chih Hwan Yang, Arne Laucht, Corey I. Ostrove,
Kenneth M. Rudinger, Kevin Young, Robin Blume-Kohout, Fay E. Hudson, Andrew
S. Dzurak, Kohei M. Itoh, Alexander M. Jakob, Brett C. Johnson, David N.
Jamieson and Andrea Morello
- Abstract要約: シリコン中の1つのドナー原子に結合した電子のスピンは、ほぼ1秒のコヒーレンス時間を示す。
弱い常にオンの交換相互作用の存在下でのドナー電子量子ビットのパフォーマンスは、まだ完全に特徴づけられていない。
2つの弱い交換結合電子系における普遍的な1-および2-量子ゲートの実験実験とトモグラフィーについて述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 26.72272277499726
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Scalable quantum processors require high-fidelity universal quantum logic
operations in a manufacturable physical platform. The spin of an electron bound
to a single donor atom in silicon has shown coherence times of almost a second,
with single qubit quantum operation fidelities of over 99.9%. In order to
perform multi-qubit operations, the exchange interaction is typically used in
order to couple the electrons of neighbouring donor atoms. However, the donor
electron qubit performance in the presence of a weak, always-on, exchange
interaction has yet to be fully characterised. Here we present the experimental
demonstration and tomography of universal 1- and 2-qubit gates in a system of
two weakly exchange-coupled electrons, with each electron bound to a single
phosphorus nucleus. By deterministically preparing the two nuclear spins in
opposite directions, each electron spin resonance pulse constitutes a native
conditional two-qubit gate. We carefully benchmark these native operations
using gate set tomography (GST), achieving single qubit gate fidelities above
99% for both electrons. The electrons in the weak-exchange regime are found to
retain similarly high coherence times as single donor electrons, demonstrating
its viability for a spin-based qubit platform.
- Abstract（参考訳）: スケーラブル量子プロセッサは、製造可能な物理プラットフォームにおける高忠実な普遍量子論理演算を必要とする。
シリコン中の1つのドナー原子に結合する電子のスピンは、コヒーレンス時間はほぼ1秒であり、単一量子ビットの量子演算フィデリティは99.9%以上である。
マルチキュービット演算を行うために、交換相互作用は通常、隣接するドナー原子の電子を結合するために使用される。
しかし、弱い常にオンの交換相互作用の存在下でのドナー電子量子ビットのパフォーマンスは、まだ完全に特徴づけられていない。
ここでは、2つの弱い交換結合電子系において、各電子が1つのリン核に結合した普遍的な1-および2-量子ゲートの実験実験とトモグラフィーを示す。
2つの核スピンを反対方向に決定的に準備することで、各電子スピン共鳴パルスはネイティブ条件の2量子ゲートを構成する。
ゲートセットトモグラフィー(GST)を用いてこれらのネイティブ操作を慎重にベンチマークし、両電子の99%以上の単一量子ビットゲート忠実度を達成する。
弱い交換状態の電子は、シングルドナー電子と同様に高いコヒーレンス時間を保ち、スピンベースの量子ビットプラットフォームにおけるその生存性を示す。
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