論文の概要: An Addressable and Tunable Module for Donor-based Scalable Silicon Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.20055v1
• Date: Sat, 28 Dec 2024 07:12:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-31 16:04:37.934495
• Title: An Addressable and Tunable Module for Donor-based Scalable Silicon Quantum Computing
• Title（参考訳）: ドナーベーススケーラブルシリコン量子コンピューティングのためのアドレス可変・可変モジュール
• Authors: Shihang Zhang, Yu He, Peihao Huang,
• Abstract要約: ドナーベースのスピン量子ビットは、大規模な量子ビットアレイを構築するための有望なシリコン量子コンピューティングルートを提供する。 最先端のデバイス設計はスケーラビリティの課題に直面しており、特にチューナブルな2量子結合を実現し、キュービットアドレス性を確保する。 本稿では,各モジュールが2量子ゲートと1つのドナーに1つの追加ドナーを導入することで,可変2量子ゲートとアドレス可能な1量子ゲートの両方を持つ表面コード互換アーキテクチャを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.728197954427639
• License:
• Abstract: Donor-based spin qubit offers a promising silicon quantum computing route for building large-scale qubit arrays, attributed to its long coherence time and advancements in nanoscale donor placement. However, the state-of-the-art device designs face scalability challenges, notably in achieving tunable two-qubit coupling and ensuring qubit addressability. Here, we propose a surface-code-compatible architecture, where each module has both tunable two-qubit gates and addressable single-qubit gates by introducing only a single extra donor in a pair of donors. We found that to compromise between the requirement of tunability and that of addressability, an asymmetric scheme is necessary. In this scheme, the introduced extra donor is strongly tunnel-coupled to one of the donor spin qubits for addressable single-qubit operation, while being more weakly coupled to the other to ensure the turning on and off of the two-qubit operation. The fidelity of single-qubit and two-qubit gates can exceed the fault-tolerant threshold in our design. Additionally, the asymmetric scheme effectively mitigates valley oscillations, allowing for engineering precision tolerances up to a few nanometers. Thus, our proposed scheme presents a promising prototype for large-scale, fault-tolerant, donor-based spin quantum processors.
• Abstract（参考訳）: ドナーベースのスピン量子ビットは、ナノスケールドナー配置の長いコヒーレンス時間と進歩に起因する、大規模な量子ビットアレイを構築するための有望なシリコン量子コンピューティングルートを提供する。 しかし、最先端のデバイスはスケーラビリティの課題に直面しており、特にチューナブルな2量子結合を実現し、量子アドレス性を確保する。 本稿では,各モジュールが2量子ゲートと1つのドナーに1つの追加ドナーを導入することで,可変2量子ゲートとアドレス可能な1量子ゲートの両方を持つ表面コード互換アーキテクチャを提案する。 教師ビリティの要件とアドレスビリティの要件を妥協するためには、非対称なスキームが必要である。 このスキームでは、導入した余剰ドナーは、アドレス可能な単一量子ビット演算のためのドナースピンキュービットの1つに強くトンネル結合され、2量子ビット演算のオン/オフを保証するために、他方とより弱結合されている。 単一量子ゲートと2量子ゲートの忠実度は、我々の設計におけるフォールトトレラントしきい値を超えうる。 さらに、非対称なスキームは谷の振動を効果的に緩和し、工学的精度を最大数ナノメートルまで許容する。 そこで,本提案手法は,大規模かつ耐故障性,ドナーベーススピン量子プロセッサのプロトタイプとして有望なものである。

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