論文の概要: Predictive simulations of the dynamical response of mesoscopic devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.12960v1
- Date: Tue, 18 Feb 2025 15:44:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-19 14:05:54.660484
- Title: Predictive simulations of the dynamical response of mesoscopic devices
- Title（参考訳）: メソスコピックデバイスの動的応答の予測シミュレーション
- Authors: Samuel Boutin, Torsten Karzig, Tareq El Dandachi, Ryan V. Mishmash, Jan Gukelberger, Roman M. Lutchyn, Bela Bauer,
- Abstract要約: このような複雑なシステムの低エネルギー量子力学をシミュレートするための一般的な枠組みについて述べる。
本稿では, トポロジカル超伝導体に結合した単一量子ドットの例について紹介する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: As the complexity of mesoscopic quantum devices increases, simulations are becoming an invaluable tool for understanding their behavior. This is especially true for the superconductor-semiconductor heterostructures used to build Majorana-based topological qubits, where quantitatively understanding the interplay of topological superconductivity, disorder, semiconductor quantum dots, Coulomb blockade and noise has been essential for progress on device design and interpretation of measurements. In this paper, we describe a general framework to simulate the low-energy quantum dynamics of such complex systems. We illustrate our approach by computing the dispersive gate sensing (DGS) response of quantum dots coupled to topological superconductors. We start by formulating the DGS response as an open-system quantum dynamics problem, which allows a consistent treatment of drive backaction as well as quantum and classical noise. For microscopic quantum problems subject to Coulomb-blockade, where a direct solution in the exponentially large many-body Hilbert space would be prohibitive, we introduce a series of controlled approximations that incorporate ideas from tensor network theory and quantum chemistry to reduce this Hilbert space to a few low-energy degrees of freedom that accurately capture the low-energy quantum dynamics. We demonstrate the methods introduced in this paper on the example of a single quantum dot coupled to a topological superconductor and a microscopic realization of the fermion parity readout setup of Aghaee et al. arXiv:2401.09549 (2024).
- Abstract（参考訳）: メソスコピック量子デバイスの複雑さが増大するにつれて、シミュレーションはそれらの振る舞いを理解するための貴重なツールになりつつある。
これは、Majoranaベースのトポロジカルキュービットを構築するために用いられる超伝導体と半導体のヘテロ構造には特に当てはまり、トポロジカル超伝導、障害、半導体量子ドット、クーロン遮断とノイズの相互作用を定量的に理解することがデバイス設計と測定の解釈の進歩に不可欠である。
本稿では、そのような複雑なシステムの低エネルギー量子力学をシミュレートするための一般的な枠組みについて述べる。
超伝導体に結合した量子ドットの分散ゲートセンシング(DGS)応答の計算によるアプローチについて述べる。
まず、DGS応答をオープンシステム量子力学問題として定式化し、駆動バックアクションと量子ノイズと古典ノイズを一貫した処理を可能にする。
指数関数的に大きい多体ヒルベルト空間の直接解が禁じられるクーロン・ブロッキング(英語版)による微視的量子問題に対しては、テンソルネットワーク理論や量子化学からアイデアを取り入れた一連の制御近似を導入し、このヒルベルト空間を低エネルギーの量子力学を正確に捉えたいくつかの低エネルギー自由度に還元する。
本稿では、トポロジカル超伝導体に結合した単一量子ドットの例と、Aghaee et al arXiv:2401.09549 (2024)のフェルミオンパリティ読み出し装置の微視的実現について紹介する。
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