論文の概要: Coherence of a hole spin flopping-mode qubit in a circuit quantum electrodynamics environment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.10788v1
- Date: Thu, 13 Mar 2025 18:26:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-23 06:09:50.119792
- Title: Coherence of a hole spin flopping-mode qubit in a circuit quantum electrodynamics environment
- Title（参考訳）: 回路量子力学環境におけるホールスピンフローッピングモード量子ビットのコヒーレンス
- Authors: Léo Noirot, Cécile X. Yu, José C. Abadillo-Uriel, Étienne Dumur, Heimanu Niebojewski, Benoit Bertrand, Romain Maurand, Simon Zihlmann,
- Abstract要約: 我々は、高インピーダンス窒化ニオブマイクロ波共振器と結合したシリコンナノワイヤにFMホールスピン量子ビットを合成した。
マイクロ秒帯で100MHz以上のRabi周波数とコヒーレンス時間を報告し, 単一ゲート品質係数が380。
我々は,光化学効果がコヒーレンスを主に制限し,放射減衰が主緩和チャネルであり,光子ショットノイズが脱落を引き起こすことを初めて明らかにした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The entanglement of microwave photons and spin qubits in silicon represents a pivotal step forward for quantum information processing utilizing semiconductor quantum dots. Such hybrid spin circuit quantum electrodynamics (cQED) has been achieved by granting a substantial electric dipole moment to a spin by de-localizing it in a double quantum dot under spin-orbit interaction, thereby forming a flopping-mode (FM) spin qubit. Despite its promise, the coherence properties demonstrated to date remain insufficient to envision FM spin qubits as practical single qubits. Here, we present a FM hole spin qubit in a silicon nanowire coupled to a high-impedance niobium nitride microwave resonator for readout. We report Rabi frequencies exceeding 100 MHz and coherence times in the microsecond range, resulting in a high single gate quality factor of 380. This establishes FM spin qubits as fast and reliable qubits. Moreover, using the large frequency tunability of the FM qubit, we reveal for the first time that photonic effects predominantly limit coherence, with radiative decay being the main relaxation channel and photon shot-noise inducing dephasing. These results highlight that optimized microwave engineering can unlock the potential of FM spin qubits in hybrid cQED architectures, offering a scalable and robust platform for fast and coherent spin qubits with strong coupling to microwave photons.
- Abstract（参考訳）: シリコン中のマイクロ波光子とスピン量子ビットの絡み合いは、半導体量子ドットを利用した量子情報処理における重要なステップである。
このようなハイブリッドスピン回路量子電磁力学(cQED)は、スピン軌道相互作用の下で二重量子ドットに非局在化することでスピンに実質的な電気双極子モーメントを与え、フロッピングモード(FM)スピン量子ビットを形成することで達成されている。
その約束にもかかわらず、現在のコヒーレンス特性は、FMスピン量子ビットを実用的な単一量子ビットとして想定するには不十分である。
ここでは、高インピーダンス窒化ニオブマイクロ波共振器に結合したシリコンナノワイヤにFMホールスピン量子ビットを提示する。
マイクロ秒帯で100MHz以上のRabi周波数とコヒーレンス時間を報告し, 単一ゲート品質係数が380。
これによりFMスピン量子ビットは高速で信頼性の高い量子ビットとして成立する。
さらに,FM量子ビットの大きな周波数可変性を用いて,光子効果が主にコヒーレンスを制限し,放射減衰が主緩和チャネルであり,光子ショットノイズが脱落を引き起こすことが初めて明らかになった。
これらの結果は、最適化されたマイクロ波工学が、ハイブリッドcQEDアーキテクチャにおけるFMスピン量子ビットの可能性を解き放ち、マイクロ波光子との強い結合を持つ高速でコヒーレントなスピン量子ビットのためのスケーラブルで堅牢なプラットフォームを提供することを示した。
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