論文の概要: On-Chip Levitated Neon Particle Arrays for Robust and Scalable Electron Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.00654v1
• Date: Sat, 29 Nov 2025 22:24:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.344871
• Title: On-Chip Levitated Neon Particle Arrays for Robust and Scalable Electron Qubits
• Title（参考訳）: オンチップを用いたロバスト・スケーラブル電子量子ビット用ネオン粒子アレイ
• Authors: Sosuke Inui, Yinghe Qi, Yiming Xing, Charles Peretti, Dafei Jin, Wei Guo,
• Abstract要約: eNe量子ビットは超伝導マイクロ波共振器上に堆積した固体ネオン膜の上に真空に閉じ込められる。 中心的な課題は、ネオン表面のバンプに電子が自発的に結合することである。 本稿では, 半導体チップ上に固体ネオン微粒子の配列を吊り下げ, 電子キャリアとして機能させる, オンチップ磁気浮上アーキテクチャを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.564938966058196
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Electron-on-neon (eNe) qubits have recently emerged as a compelling platform for quantum computing, which combines the vacuum isolation advantages of trapped-ion qubits with the scalability of superconducting circuits. In this system, electrons are trapped in vacuum above a solid neon film deposited on superconducting microwave resonators, where they exhibit strong coupling to the resonators, coherence times of ~0.1 ms, and single-qubit gate fidelities exceeding 99.97%. A central challenge, however, is the spontaneous binding of electrons to neon surface bumps. These bumps, originating from substrate roughness, vary in size: electrons on bumps of suitable sizes within the resonator can couple to microwave photons and function as qubits, whereas those on unfavorable bumps remain inactive yet contribute to background charge noise. Moreover, both the bump landscape and the sites where electrons bind differ from run to run, leading to irreproducible qubit characteristics that hinder scalability. To address this challenging issue, we present an on-chip magnetic-levitation architecture in which arrays of solid-neon microparticles are suspended above the processor chip to act as electron carriers. This design eliminates substrate effects while retaining strong qubit-resonator coupling and supporting inter-qubit connectivity. Our analysis further shows that the qubit transition frequency can be tuned across the gigahertz range and its anharmonicity can reach ~0.8 GHz by tuning the resonator bias voltage. Together, these features suggest a promising pathway toward robust, reproducible, and scalable eNe-based quantum computing.
• Abstract（参考訳）: eNe(Electron-on-neon)量子ビットは、トラップイオン量子ビットの真空隔離と超伝導回路のスケーラビリティを組み合わせた、量子コンピューティングの魅力的なプラットフォームとして最近登場した。 このシステムでは、電子は超伝導マイクロ波共振器上に堆積した固体ネオン膜の上に真空に閉じ込められ、共振器との強い結合、コヒーレンス時間(0.1ms)、単一量子ゲート密度(99.97%)を超える。 しかし、中心的な課題は、ネオン表面のバンプに電子が自発的に結合することである。 共振器内の適切な大きさのバンプ上の電子はマイクロ波光子に結合し、量子ビットとして機能するが、好ましくないバンプ上の電子は依然として不活性であり、バックグラウンドの電荷ノイズに寄与する。 さらに、バンプランドスケープと電子が結合する部位は、実行時から実行時まで異なるため、スケーラビリティを阻害する再現不可能な量子ビット特性が生じる。 この課題に対処するため、半導体チップ上に固体ネオン微粒子の配列を吊り下げて電子キャリアとして機能させるオンチップ磁気浮上アーキテクチャを提案する。 この設計は、強い量子ビット共振器結合を維持しながら基板効果を排除し、量子ビット間接続をサポートする。 さらに, 共振器バイアス電圧を調整することにより, ギガヘルツ域をまたいでキュービット遷移周波数を調整でき, その非調和性は 0.8 GHz に達することを示す。 これらの特徴は、堅牢で再現性があり、スケーラブルなeNeベースの量子コンピューティングへの有望な道のりを示唆している。

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