論文の概要: Towards autonomous time-calibration of large quantum-dot devices: Detection, real-time feedback, and noise spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24894v1
- Date: Wed, 31 Dec 2025 14:41:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.679945
- Title: Towards autonomous time-calibration of large quantum-dot devices: Detection, real-time feedback, and noise spectroscopy
- Title（参考訳）: 大規模量子ドットデバイスの自律的時間校正に向けて:検出,リアルタイムフィードバック,ノイズスペクトロスコピー
- Authors: Anantha S. Rao, Barnaby van Straaten, Valentin John, Cécile X. Yu, Stefan D. Oosterhout, Lucas Stehouwer, Giordano Scappucci, M. D. Stewart,, Menno Veldhorst, Francesco Borsoi, Justyna P. Zwolak,
- Abstract要約: 繰り返し取得された2量子ドット電荷安定性図において、電荷遷移線の完全なネットワークを利用する方法を提案する。
我々は電圧ドリフトを検出し、急激な電荷再構成を特定し、安定した動作条件を維持するために補償更新を適用する。
これらの機能は、スケーラブルで自律的なキャリブレーションとQDベースの量子プロセッサのキャラクタリゼーションモジュールの基礎となる。
- 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: The performance and scalability of semiconductor quantum-dot (QD) qubits are limited by electrostatic drift and charge noise that shift operating points and destabilize qubit parameters. As systems expand to large one- and two-dimensional arrays, manual recalibration becomes impractical, creating a need for autonomous stabilization frameworks. Here, we introduce a method that uses the full network of charge-transition lines in repeatedly acquired double-quantum-dot charge stability diagrams (CSDs) as a multidimensional probe of the local electrostatic environment. By accurately tracking the motion of selected transitions in time, we detect voltage drifts, identify abrupt charge reconfigurations, and apply compensating updates to maintain stable operating conditions. We demonstrate our approach on a 10-QD device, showing robust stabilization and real-time diagnostic access to dot-specific noise processes. The high acquisition rate of radio-frequency reflectometry CSD measurements also enables time-domain noise spectroscopy, allowing the extraction of noise power spectral densities, the identification of two-level fluctuators, and the analysis of spatial noise correlations across the array. From our analysis, we find that the background noise at 100~$μ$\si{\hertz} is dominated by drift with a power law of $1/f^2$, accompanied by a few dominant two-level fluctuators and an average linear correlation length of $(188 \pm 38)$~\si{\nano\meter} in the device. These capabilities form the basis of a scalable, autonomous calibration and characterization module for QD-based quantum processors, providing essential feedback for long-duration, high-fidelity qubit operations.
- Abstract（参考訳）: 半導体量子ドット(QD)量子ビットの性能とスケーラビリティは、動作点をシフトし、量子ビットパラメータを不安定化する静電ドリフトと電荷ノイズによって制限される。
システムが1次元および2次元の配列に拡大するにつれて、手動の再校正は非現実的になり、自律的な安定化フレームワークの必要性が生じる。
本稿では、局所静電気環境の多次元プローブとして、繰り返し取得された2量子ドット電荷安定図(CSD)における電荷移動線の完全なネットワークを利用する方法を提案する。
選択した遷移の動作を正確に追跡することにより、電圧ドリフトを検出し、急激な電荷再構成を特定し、安定した動作条件を維持するために補償更新を適用する。
10-QDデバイスに対する我々のアプローチを実証し、ドット固有のノイズプロセスに対する堅牢な安定化とリアルタイムな診断アクセスを示す。
高周波反射率CSD測定の高取得率により、時間領域ノイズ分光が可能となり、ノイズパワースペクトル密度の抽出、2レベルゆらぎ器の同定、アレイ間の空間ノイズ相関の解析が可能となった。
解析の結果,100~$μ$\si{\hertz}の背景雑音は1/f^2$のドリフト法則で支配されており,いくつかの支配的な2レベルゆらぎと平均線形相関長が188 \pm 38)$~\si{\nano\meterであることがわかった。
これらの機能は、QDベースの量子プロセッサのためのスケーラブルで自律的なキャリブレーションおよびキャラクタリゼーションモジュールの基礎となり、長期の高忠実な量子ビット演算に不可欠なフィードバックを提供する。
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