論文の概要: Andreev spin qubits bound to Josephson vortices in spin-orbit coupled planar Josephson junctions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.11021v1
- Date: Thu, 11 Dec 2025 18:56:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-15 15:48:11.527299
- Title: Andreev spin qubits bound to Josephson vortices in spin-orbit coupled planar Josephson junctions
- Title（参考訳）: スピン軌道結合平面ジョセフソン接合におけるジョセフソン渦に結合するアンドレフスピン量子ビット
- Authors: Katharina Laubscher, Valla Fatemi, Jay D. Sau,
- Abstract要約: vortex spin qubit (VSQ) は Andreev spin qubits (ASQ) の変種である
我々は、VSQが従来のASQ実装と比較して、デバイスの複雑さとハードウェアオーバーヘッドを大幅に削減する可能性を示している。
- 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: We propose a variant of Andreev spin qubits (ASQs) defined in planar Josephson junctions based on spin-orbit coupled two-dimensional electron gases (2DEGs) in a weak out-of-plane magnetic field. The magnetic field induces a linear phase gradient across the junction, generating Josephson vortices that can host low-energy Andreev bound states (ABSs). We show that, in certain parameter regimes, the combined effect of the phase gradient and spin-orbit coupling stabilizes an odd-fermion parity ground state, where a single Josephson vortex binds a spinful low-energy degree of freedom that is energetically separated from the other ABSs. This low-energy degree of freedom can be exploited to define a special type of ASQ, which we dub the vortex spin qubit (VSQ). We show that single-qubit gates for VSQs can be performed via flux driving, while readout can be achieved by adapting standard circuit quantum electrodynamics (cQED) techniques developed for conventional ASQs. We further outline how an entangling two-qubit gate can be performed using an ac current drive. We argue that VSQs offer prospects for a substantial reduction in device complexity and hardware overhead compared to conventional ASQ implementations, while preserving key advantages such as supercurrent-based readout, single-qubit gates, and long-range two-qubit gates.
- Abstract（参考訳）: 平面ジョセフソン接合で定義されるアンドレーフスピン量子ビット (ASQ) の変種を, 弱い外面磁場下でのスピン軌道結合2次元電子ガス (2DEGs) に基づいて提案する。
磁場はジャンクションを横切る線形位相勾配を誘導し、低エネルギーアンドリーフ境界状態(ABS)をホストできるジョセフソン渦を生成する。
パラメータ状態によっては、位相勾配とスピン軌道結合の組合せ効果が奇数フェルミオンパリティ基底状態を安定化させ、一方のジョセフソン渦が他のABSとエネルギー的に分離されたスピンフルな低エネルギー自由度を結合することを示した。
この低エネルギー自由度は、ボルテックススピン量子ビット (VSQ) をダブする特別なタイプのASQを定義するために利用することができる。
我々は,VSQの単一キュービットゲートをフラックス駆動により動作させることができる一方で,従来のASQ向けに開発された標準回路量子電磁力学(cQED)技術を適用することで,読み出しを実現することができることを示す。
さらに、交流駆動を用いた2量子ゲートの絡み合いについて概説する。
我々は、VSQが従来のASQ実装と比較してデバイス複雑性とハードウェアオーバーヘッドを大幅に削減すると共に、スーパーカレントベースのリードアウト、シングルキュービットゲート、長距離2キュービットゲートといった重要な利点を保っていることを論じる。
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