論文の概要: Micromagnet-free operation of electron spin qubits in Si/Si$_{1-x}$Ge$_x$ vertical double quantum dots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.19785v1
• Date: Mon, 22 Dec 2025 19:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-24 19:17:49.634582
• Title: Micromagnet-free operation of electron spin qubits in Si/Si$_{1-x}$Ge$_x$ vertical double quantum dots
• Title（参考訳）: Si/Si$_{1-x}$Ge$_x$垂直二重量子ドットにおける電子スピン量子ビットのマイクロマグネットフリー操作
• Authors: Abhikbrata Sarkar, Daniel Loss,
• Abstract要約: Si/Si$_1-x$Ge$_x$/Siダブルウェルヘテロ構造における垂直二重量子ドット(DQD)を電子ロス・ディヴィンセンツォ(LD)スピン量子ビットの完全な電気的制御のために研究した。 隣り合う点の垂直方向と水平方向のシャットリングにより、1ナノ秒未満の超高速単一量子ビットゲートが得られることを示す。
• 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 study a vertical double quantum dot (DQD) in a Si/Si$_{1-x}$Ge$_x$/Si double-well heterostructure for full electrical control of electron Loss-DiVincenzo (LD) spin qubits, using realistic device modeling and numerical simulations. Due to the emerging spin-orbit interaction in the DQD, as well as strain from the gate electrodes, small (percentage range) but finite $g$ tensor variations emerge. In addition, we find a large valley splitting, on the order of $E_v{\sim}250\,μ$eV. As a result, multiple avenues for fast electrical single qubit rotations emerge. An ac electric field gives rise to electric dipole spin resonance (EDSR), while electron spin resonance (ESR) in the presence of an ac magnetic field can be electrically controlled by local gates due to varying $g$ factors in DQDs. We also show that shuttling between neighboring dots, in vertical and horizontal direction, results in ultrafast single qubit gates of less than a nanosecond. Remarkably, this DQD architecture completely eliminates the need for micromagnets, significantly facilitating the scalability of LD spin qubits in semiconductor foundries.
• Abstract（参考訳）: 電子ロス・ディヴィンセンツォ(LD)スピン量子ビットの完全電気制御のためのSi/Si$_{1-x}$Ge$_x$/Siダブルウェルヘテロ構造における垂直二重量子ドット(DQD)について,現実的なデバイスモデリングと数値シミュレーションを用いて検討した。 DQDにおけるスピン軌道相互作用の出現とゲート電極からのひずみにより、小さい(パーセントの範囲)が、有限の$g$テンソル変動が出現する。 さらに、E_v{\sim}250\,μ$eVの順に、大きな谷が分裂していることが分かる。 その結果、高速な1量子ビット回転のための複数の経路が出現する。 ac電場は電気双極子スピン共鳴(EDSR)を引き起こすが、ac磁場の存在下での電子スピン共鳴(ESR)はDQDの様々な$g$因子によって局所ゲートによって電気的に制御される。 また, 隣接する点間の垂直方向と水平方向のシャットリングにより, 超高速な単一量子ビットゲートが1ナノ秒以下になることを示す。 注目すべきことに、このDQDアーキテクチャはマイクロマグネットの必要性を完全に排除し、半導体ファイントリーにおけるLDスピン量子ビットのスケーラビリティを著しく促進する。

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