論文の概要: Electronic Correlations in Multielectron Silicon Quantum Dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.04289v1
• Date: Fri, 5 Jul 2024 06:46:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-08 14:21:30.710760
• Title: Electronic Correlations in Multielectron Silicon Quantum Dots
• Title（参考訳）: 多電子シリコン量子ドットの電子相関
• Authors: Dylan H. Liang, MengKe Feng, Philip Y. Mai, Jesus D. Cifuentes, Andrew S. Dzurak, Andre Saraiva,
• Abstract要約: シリコン金属-酸化物-半導体系量子ドットは、実用的な量子コンピュータを実現するための有望な経路を示す。 ハートリー・フォック理論(Hartree-Fock theory)は、多電子量子ドットの電子構造モデリングのための必須の道具である。 シリコン量子ドットのモデリングにおいて,これらの複雑さを考慮に入れたHartree-Fock法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3793387630509845
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Silicon quantum computing has the potential to revolutionize technology with capabilities to solve real-life problems that are computationally complex or even intractable for modern computers [1] by offering sufficient high quality qubits to perform complex error-corrected calculations. Silicon metal-oxide-semiconductor based quantum dots present a promising pathway for realizing practical quantum computers. To improve certain qubit properties, it is a common strategy to incorporate multiple electrons in the same dot in order to form qubits in higher confined orbital states. Theoretical modelling is an essential part of understanding the quantum behaviour of these electrons, providing a basis for validating the physical working of device models as well as providing insights into experimental data. Hartree-Fock theory is an imperative tool for the electronic structure modelling of multi-electron quantum dots due to its ability to simulate a large number of electrons with manageable computation load. However, an efficient calculation of the self-consistent field becomes hard because dot formations in silicon are characterized by strong electron-electron interactions and conduction band valleys, besides the relatively high comparative effective mass, which add to create a behaviour dominated by repulsion between electrons rather than a well established shell structure. In this paper, we present a Hartree-Fock-based method that accounts for these complexities for the modelling of silicon quantum dots. With this method, we first establish the significance of including electron-electron interactions and valley degree of freedom and their implications. We then explore a simple case of anisotropic dots and observe the impact of anisotropy on dot formations.
• Abstract（参考訳）: シリコン量子コンピューティングは、複雑なエラー修正計算を行うのに十分な高品質な量子ビットを提供することで、計算的に複雑で、あるいは現代のコンピュータでは難解な現実の問題を解く能力を持つ技術に革命をもたらす可能性がある。 シリコン金属-酸化物-半導体系量子ドットは、実用的な量子コンピュータを実現するための有望な経路を示す。 特定の量子ビット特性を改善するために、複数の電子を同じドットに組み込んで、より高い閉じ込められた軌道状態において量子ビットを形成するという一般的な戦略である。 理論的モデリングは、これらの電子の量子的振る舞いを理解する上で不可欠な部分であり、デバイスモデルの物理的動作を検証する基盤を提供し、実験データに対する洞察を提供する。 ハートリー・フォック理論(Hartree-Fock theory)は、管理可能な計算負荷で多数の電子をシミュレートする能力により、多電子量子ドットの電子構造モデリングの必須ツールである。 しかし、シリコン中のドット形成が強い電子-電子相互作用と伝導帯の谷によって特徴づけられるのに加えて、比較的高い有効質量を持つため、十分に確立されたシェル構造ではなく電子間の反発によって支配される振る舞いを生み出すため、自己整合体の効率的な計算が困難になる。 本稿では,シリコン量子ドットのモデリングにおいて,これらの複雑さを考慮に入れたHartree-Fock法を提案する。 この方法により、まず電子-電子相互作用とバレー自由度とそれらの意味を包含することの重要性を確定する。 次に、異方性点の簡単な場合を探索し、異方性が点形成に与える影響を観察する。

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