論文の概要: Decoherence of electron spin qubit during transfer between two semiconductor quantum dots at low magnetic fields

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.12185v3
• Date: Fri, 22 Nov 2024 12:41:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-25 18:36:04.094467
• Title: Decoherence of electron spin qubit during transfer between two semiconductor quantum dots at low magnetic fields
• Title（参考訳）: 低磁場における2つの半導体量子ドット間の移動における電子スピン量子ビットのデコヒーレンス
• Authors: Jan A. Krzywda, Łukasz Cywiński,
• Abstract要約: 電子シャットリング(Electron shuttling)は、半導体量子ドットベースのスピン量子ビットをスケールするために追求されている現在の道の1つである。 理論的には、2つのトンネル結合量子ドット間で断熱的に転送されるスピン量子ビットの劣化を解析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Electron shuttling is one of the current avenues being pursued to scale semiconductor quantum dot-based spin qubits. Adiabatic spin qubit transfer along a chain of tunnel-coupled quantum dots is one of the possible schemes. In this scheme, we theoretically analyze the dephasing of a spin qubit that is adiabatically transferred between two tunnel-coupled quantum dots. We focus on the regime where the Zeeman splitting is lower than the tunnel coupling, such that interdot tunneling with spin flip is absent. We analyze the sources of errors in spin-coherent electron transfer for Si- and GaAs-based quantum dots. In addition to the obvious effect of fluctuations in spin splitting within each dot, leading to finite $T_{2}^{*}$ for the stationary spin qubit, we consider the effects activated by detuning sweeps: failure of charge transfer due to charge noise and phonons, spin relaxation due to the enhancement of spin-orbit mixing at the tunnel-induced anticrossing of states localized in the two dots, and spin dephasing caused by low- and high-frequency noise coupling to the electron's charge. We show that the latter effect is activated by differences in Zeeman splittings between the two dots. Importantly, all the error mechanisms are more dangerous at low tunnel couplings. Our results indicate that away from micromagnets, maximizing the fidelity of coherent transfer aligns with minimizing charge transfer error that was previously considered in J. A. Krzywda and L. Cywi\'nski, Phys. Rev. B 104 075439 (2021). For silicon, we suggest having tunnel coupling fulfilling $ 2t_c \gtrsim 60 \, \mu$eV when one aims to coherently transfer a spin qubit across a $\sim \!10$ $\mu$m long array of $\sim \! 100$ quantum dots with error less than $10^{-3}$.
• Abstract（参考訳）: 電子シャットリング(Electron shuttling)は、半導体量子ドットベースのスピン量子ビットをスケールするために追求されている現在の道の1つである。 トンネル結合量子ドットの連鎖に沿った断熱スピン量子ビット移動は可能なスキームの1つである。 このスキームでは、2つのトンネル結合量子ドット間で断熱的に転送されるスピン量子ビットの劣化を理論的に解析する。 本稿では, スピンフリップを伴うインタードットトンネルが欠落するなど, ゼーマン分裂がトンネル結合よりも低い状態に着目する。 我々はSiおよびGaAs系量子ドットのスピンコヒーレント電子移動における誤差の原因を分析する。 固定スピン量子ビットに対して有限$T_{2}^{*}$となる各点におけるスピン分割のゆらぎの明らかな効果に加えて、電荷ノイズとフォノンによる電荷移動の失敗、二つの点に局在した状態のトンネル誘起反交差によるスピン軌道混合の強化によるスピン緩和、電子の電荷への低周波および高周波ノイズカップリングによるスピン脱落などによって活性化される効果について考察する。 後者の効果は2つの点間のゼーマン分割の違いによって活性化されることを示す。 重要なことに、全てのエラーメカニズムは低トンネル結合においてより危険である。 以上の結果から, コヒーレント転送の忠実度を最大化することは, J. A. Krzywda や L. Cywi\nski, Phys でこれまで検討されていた電荷移動誤差を最小化することを意味する。 B104075439(2021年)。 シリコンの場合、2t_c \gtrsim 60 \, \mu$eVのトンネル結合は、スピン量子ビットを$\sim \! 10$$\mu$m long array of $\sim \! 100$ 量子ドットの誤差は 10^{-3}$ 以下である。

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