論文の概要: Exchange-Coupled Spins for Robust High-Temperature Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.12071v1
• Date: Sat, 15 Mar 2025 10:14:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-18 12:28:45.822838
• Title: Exchange-Coupled Spins for Robust High-Temperature Qubits
• Title（参考訳）: 高温ロバストな量子ビットのための交換結合スピン
• Authors: Aniruddha Chakraborty, Md. Fahim F. Chowdhury, Mohamad Niknam, Louis S. Bouchard, Jayasimha Atulasimha,
• Abstract要約: 本研究では, エンサンブルスピン量子ビット(E-qubit)からなる隣接するスピン間のハイゼンベルク交換相互作用が固有誤差緩和器として作用し, 高温でもゲート忠実度を増大させることを示す。 また、E-qubitsのコヒーレンス特性について検討し、E-qubitのコヒーレンス時間がアンサンブル内のスピンの数とともに線形に延びていることを見出した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.059918512541940964
• License:
• Abstract: We show that Heisenberg exchange interactions between the neighboring spins comprising an ensemble spin qubit (E-qubit) can act as an intrinsic error mitigator, increasing gate fidelity even at high temperatures. As an example, the fidelity of a {\pi} gate applied to E-qubits above 1 K was studied by tuning the ferromagnetic exchange strength to show an exchange coupled E-qubit exhibits higher fidelity than a single-spin based qubit. We also investigate the coherence properties of E-qubits and find that the coherence time of an E-qubit extends linearly with the number of spins in the ensemble. This suggests that exchange interactions effectively suppress decoherence induced by thermal noise, achieving a coherence time greater than 1 ms at 1 K with an ensemble of only seven spins. Additionally, the ferromagnetic isotropic exchange prevents fidelity loss induced by spatial field gradients/inhomogeneity in Zeeman and/or control fields. Therefore, exchange-coupled spin qubits could enable fault-tolerant quantum operations and long-coherence times at elevated temperatures (>1 K).
• Abstract（参考訳）: 本研究では, エンサンブルスピン量子ビット(E-qubit)からなる隣接するスピン間のハイゼンベルク交換相互作用が固有誤差緩和器として作用し, 高温でもゲート忠実度を増大させることを示す。 例えば、1 K 上の E-qubit に作用する {\pi} ゲートの忠実さは、交換結合 E-qubit が単一スピンベースの qubit よりも高い忠実性を示すように強磁性交換強度を調整することによって研究された。 また、E-qubitsのコヒーレンス特性について検討し、E-qubitのコヒーレンス時間がアンサンブル内のスピンの数とともに線形に延びていることを見出した。 このことは、交換相互作用が熱雑音によって引き起こされるデコヒーレンスを効果的に抑制し、1Kで1ms以上のコヒーレンス時間とわずか7スピンのアンサンブルを達成することを示唆している。 さらに、強磁性等方性交換は、ゼーマンおよび/または制御場の空間場勾配/不均一性によって引き起こされる不均一性損失を防止する。 したがって、交換結合されたスピン量子ビットは、高温でのフォールトトレラント量子演算と長時間のコヒーレンス時間(>1K)を可能にする。

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