論文の概要: A SWAP Gate for Spin Qubits in Silicon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.06700v1
- Date: Tue, 10 Oct 2023 15:24:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-12 01:36:35.745800
- Title: A SWAP Gate for Spin Qubits in Silicon
- Title（参考訳）: シリコンにおけるスピン量子のSWAPゲート
- Authors: Ming Ni, Rong-Long Ma, Zhen-Zhen Kong, Xiao Xue, Sheng-Kai Zhu, Chu
Wang, Ao-Ran Li, Ning Chu, Wei-Zhu Liao, Gang Cao, Gui-Lei Wang, Guang-Can
Guo, Xuedong Hu, Hong-Wen Jiang, Hai-Ou Li and Guo-Ping Guo
- Abstract要約: 等方的に濃縮されたシリコンの量子ドットに基づいて,25nsの高速SWAPゲートを示す。
SWAPゲートにおける単一キュービットの局所位相を,回路に単一キュービットゲートを組み込むことで校正する。
これらの結果は、チップ上の量子通信や量子シミュレーションのような、高い忠実度SWAPゲートとそれに基づくプロセスの道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.6151418663848744
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: With one- and two-qubit gate fidelities approaching the fault-tolerance
threshold for spin qubits in silicon, how to scale up the architecture and make
large arrays of spin qubits become the more pressing challenges. In a scaled-up
structure, qubit-to-qubit connectivity has crucial impact on gate counts of
quantum error correction and general quantum algorithms. In our toolbox of
quantum gates for spin qubits, SWAP gate is quite versatile: it can help solve
the connectivity problem by realizing both short- and long-range spin state
transfer, and act as a basic two-qubit gate, which can reduce quantum circuit
depth when combined with other two-qubit gates. However, for spin qubits in
silicon quantum dots, high fidelity SWAP gates have not been demonstrated due
to the requirements of large circuit bandwidth and a highly adjustable ratio
between the strength of the exchange coupling J and the Zeeman energy
difference Delta E_z. Here we demonstrate a fast SWAP gate with a duration of
~25 ns based on quantum dots in isotopically enriched silicon, with a highly
adjustable ratio between J and Delta E_z, for over two orders of magnitude in
our device. We are also able to calibrate the single-qubit local phases during
the SWAP gate by incorporating single-qubit gates in our circuit. By
independently reading out the qubits, we probe the anti-correlations between
the two spins, estimate the operation fidelity and analyze the dominant error
sources for our SWAP gate. These results pave the way for high fidelity SWAP
gates, and processes based on them, such as quantum communication on chip and
quantum simulation by engineering the Heisenberg Hamiltonian in silicon.
- Abstract（参考訳）: シリコン中のスピン量子ビットの耐故障しきい値に近づいた1ビットと2ビットのゲートフィラリティにより、アーキテクチャをスケールアップし、スピン量子ビットの大規模な配列を作る方法はより迫力のある課題となる。
スケールアップ構造では、qubit-to-qubit接続は、量子エラー補正と一般的な量子アルゴリズムのゲート数に決定的な影響を与える。
スピン量子ビットの量子ゲートのツールボックスでは、SWAPゲートは短距離スピン状態転送と長距離スピン状態転送の両方を実現し、他の2量子ビットゲートと組み合わせることで量子回路の深さを低減できる基本2量子ゲートとして機能することで接続問題を解決することができる。
しかし、シリコン量子ドットのスピン量子ビットでは、大きな回路帯域と交換結合 J の強度とゼーマンエネルギー差 Delta E_z との高度に調整可能な比が要求されるため、高忠実なSWAPゲートは証明されていない。
ここでは,J と Delta E_z の高度に調整可能な比で,デバイス内の2桁以上の大きさで,等方的に濃縮されたシリコンの量子ドットに基づく ~25 ns の高速 SWAP ゲートを実証する。
また、SWAPゲートの単一量子ゲートを回路に組み込むことで、SWAPゲート中の単一量子ローカル位相を調整できる。
キュービットを独立に読み取ることにより、2つのスピン間の反相関を探索し、動作の忠実度を推定し、SWAPゲートの優越誤差源を解析する。
これらの結果は高忠実度スワップゲートへの道を開き、チップ上の量子通信やシリコンのハイゼンベルク・ハミルトニアン(英語版)工学による量子シミュレーションなどのプロセスに基づく。
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