論文の概要: Negative exchange interaction in Si quantum dot arrays via valley-phase induced $\mathbb{Z}_2$ gauge field

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.01797v1
• Date: Mon, 03 Mar 2025 18:26:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-05 19:14:45.859255
• Title: Negative exchange interaction in Si quantum dot arrays via valley-phase induced $\mathbb{Z}_2$ gauge field
• Title（参考訳）: 谷相誘導$\mathbb{Z}_2$ゲージ場によるSi量子ドットアレイの負の交換相互作用
• Authors: Benjamin D. Woods,
• Abstract要約: 磁場のない2電子Si量子ドットアレイにおいて、負の交換$J0$が実現可能であることを示す。 我々の研究は、交換ベースの量子コンピューティングのための新しいツールと、量子磁気の研究のための新しい設定を明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The exchange interaction $J$ offers a powerful tool for quantum computation based on semiconductor spin qubits. However, the exchange interaction in two-electron systems in the absence of a magnetic field is usually constrained to be non-negative $J \geq 0$, which inhibits the construction of various dynamically corrected exchange-based gates. In this work, we show that negative exchange $J < 0$ can be realized in two-electron Si quantum dot arrays in the absence of a magnetic field due to the presence of the valley degree of freedom. Here, valley phase differences between dots produce a non-trivial $\mathbb{Z}_2$ gauge field in the low-energy effective theory, which in turn can lead to a negative exchange interaction. In addition, we show that this $\mathbb{Z}_2$ gauge field can break Nagaoka ferromagnetism and be engineered by altering the occupancy of the dot array. Therefore, our work uncovers new tools for exchange-based quantum computing and a novel setting for studying quantum magnetism.
• Abstract（参考訳）: 交換相互作用$J$は、半導体スピン量子ビットに基づく量子計算のための強力なツールを提供する。 しかし、磁場がない場合の2電子系の交換相互作用は、通常非負の$J \geq 0$と制約され、様々な動的に修正された交換基ゲートの構築を阻害する。 本研究は,2電子Si量子ドットアレイにおける負の交換$J<0$が,バレー自由度の存在により磁場が存在しない状態で実現可能であることを示す。 ここで、点間の谷相の差は低エネルギー効果理論において非自明な$\mathbb{Z}_2$ゲージ場を生み出し、結果として負の交換相互作用をもたらす。 さらに, この$\mathbb{Z}_2$ゲージ場が長岡強磁性を破り, ドットアレイの占有度を変化させることによって設計できることが示される。 そこで本研究では,交換型量子コンピューティングのための新しいツールと,量子磁気学研究のための新しい設定を明らかにする。

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