論文の概要: Reduction of the impact of the local valley splitting on the coherence of conveyor-belt spin shuttling in $^{28}$Si/SiGe

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.03773v1
• Date: Sat, 04 Oct 2025 10:45:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-07 16:52:59.245531
• Title: Reduction of the impact of the local valley splitting on the coherence of conveyor-belt spin shuttling in $^{28}$Si/SiGe
• Title（参考訳）: ^<28}$Si/SiGeにおけるコンベアベルトスピンシャットリングのコヒーレンスに及ぼす局所谷分割の影響の低減
• Authors: Mats Volmer, Tom Struck, Jhih-Sian Tu, Stefan Trellenkamp, Davide Degli Esposti, Giordano Scappucci, Łukasz Cywiński, Hendrik Bluhm, Lars R. Schreiber,
• Abstract要約: われわれは$E_VS$を$40, $nm x $400, $nmの28ドルSi/Si$_0.7$Ge$_0.3$のシャトルデバイスにマップする。 我々はコンベアベルトシャットリングによって輸送される単一電子スピンのスピンコヒーレンスを分析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Silicon quantum chips offer a promising path toward scalable, fault-tolerant quantum computing, with the potential to host millions of qubits. However, scaling up dense quantum-dot arrays and enabling qubit interconnections through shuttling are hindered by uncontrolled lateral variations of the valley splitting energy $E_{VS}$. We map $E_{VS}$ across a $40 \, $nm x $400 \, $nm region of a $^{28}$Si/Si$_{0.7}$Ge$_{0.3}$ shuttle device and analyze the spin coherence of a single electron spin transported by conveyor-belt shuttling. We observe that the $E_{VS}$ varies over a wide range from $1.5 \, \mu$eV to $200 \, \mu$eV and is dominated by SiGe alloy disorder. In regions of low $E_{VS}$ and at spin-valley resonances, spin coherence is reduced and its dependence on shuttle velocity matches predictions. Rapid and frequent traversal of low-$E_{VS}$ regions induces a regime of enhanced spin coherence explained by motional narrowing. By selecting shuttle trajectories that avoid problematic areas on the $E_{VS}$ map, we achieve transport over tens of microns with coherence limited only by the coupling to a static electron spin entangled with the mobile qubit. Our results provide experimental confirmation of the theory of spin-decoherence of mobile electron spin-qubits and present practical strategies to integrate conveyor-mode qubit shuttling into silicon quantum chips.
• Abstract（参考訳）: シリコン量子チップは、スケーラブルでフォールトトレラントな量子コンピューティングへの有望な道を提供し、数百万の量子ビットをホストする可能性がある。 しかし、密度の高い量子ドットアレイのスケールアップとシャットリングによる量子ビット相互接続の実現は、谷分割エネルギー$E_{VS}$の制御不能な横変化によって妨げられる。 我々は$E_{VS}$を$40 \, $nm x $400 \, $nm region of a $^{28}$Si/Si$_{0.7}$Ge$_{0.3}$ Shuttle deviceにマップし、コンベアベルトシャットリングによって輸送される単一の電子スピンのスピンコヒーレンスを分析する。 E_{VS}$は1.5 \, \mu$eV から 200 \, \mu$eV まで様々であり,SiGe 合金障害に支配されている。 低E_{VS}$領域とスピン-バレー共鳴領域ではスピンコヒーレンスが減少し、シャトル速度への依存性は予測と一致する。 低E_{VS}$領域の迅速かつ頻繁な移動は、運動的狭小化によって説明される強化されたスピンコヒーレンス状態を引き起こす。 E_{VS}$マップ上の問題領域を避けるシャトル軌道を選択することで、移動量子ビットに絡み合った静的電子スピンとの結合によってのみコヒーレンスを持つ数十ミクロンの輸送を実現する。 本研究は,移動電子スピン量子ビットのスピン脱コヒーレンスの理論を実験的に検証し,コンベヤモード量子ビットシャットリングをシリコン量子チップに統合するための実用戦略を提案する。

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