論文の概要: Two-Qubit Module Based on Phonon-Coupled Ge Hole-Spin Qubits: Design, Fabrication, and Readout at 1-4 K
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.01704v1
- Date: Mon, 05 Jan 2026 00:46:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-06 16:25:22.659089
- Title: Two-Qubit Module Based on Phonon-Coupled Ge Hole-Spin Qubits: Design, Fabrication, and Readout at 1-4 K
- Title（参考訳）: フォノン結合Geホールスピン量子を用いた2量子モジュール:1-4Kにおける設計、製造、読み出し
- Authors: D. -M. Mei, S. A. Panamaldeniya, K. -M. Dong, S. Bhattarai, A. Prem,
- Abstract要約: フォノン結合型ゲルマニウム(Ge)ホールスピン量子ビットをベースとした2量子ビットモジュールのデバイスレベル設計は、$1-4mathrmK$である。
設計は、歪んだGe量子井戸に2つのゲート定義のホールスピン量子ビットと、コヒーレントフォノンベースの相互作用を媒介するGHz PnC欠陥モードを統合する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a device-level design for a two-qubit module based on phonon-coupled germanium (Ge) hole-spin qubits operating at $1$-$4~\mathrm{K}$. Building on prior work on phonon-engineered Ge qubits and phononic-crystal (PnC) cavities, we specify a lithography-ready layout that integrates two gate-defined hole-spin qubits in a strained Ge quantum well with a GHz PnC defect mode that mediates a coherent phonon-based interaction. We detail the SiGe/Ge heterostructure, PnC cavity design, and a compatible nanofabrication process flow, including the gate stack, membrane patterning and release, and RF/DC wiring. We further develop a readout architecture combining spin-to-charge conversion with RF reflectometry on a proximal charge sensor, supported by a cryogenic RF chain optimized for operation at $1$-$4~\mathrm{K}$. Finally, we outline the cryogenic measurement environment, tuning procedures, and a stepwise benchmarking program targeting single-qubit control, phonon-bandgap suppression of relaxation channels, and resolvable phonon-mediated two-qubit coupling. The resulting module provides a scalable template for medium-range coupling of Ge hole-spin qubits and connects materials and phonon engineering with circuit-level readout, enabling future experimental demonstrations of entangling gates, Bell-state generation, and phonon-enabled quantum sensing.
- Abstract（参考訳）: フォノン結合型ゲルマニウム(Ge)ホールスピン量子ビットを1-$4〜\mathrm{K}$で動作させる2量子ビットモジュールのデバイスレベル設計を提案する。
フォノン駆動型Ge量子ビットとフォノン結晶(PnC)キャビティに関する先行研究に基づいて,Ge量子井戸に2つのゲート定義型ホールスピン量子ビットを統合するリソグラフィー対応レイアウトと,コヒーレントフォノンベースの相互作用を媒介するGHzPnC欠陥モードを記述した。
本稿では,SiGe/Geヘテロ構造,PnCキャビティ設計,ゲートスタック,膜パターニング・リリース,RF/DC配線などの相溶性ナノファブリケーションプロセスの流れについて述べる。
さらに、スピン・ツー・チャージ変換とRF反射計を併用した、極低温のRFチェーンを1ドル〜4ドル〜3ドル(約1万2000円)で操作できるようにした読み出しアーキテクチャを開発した。
最後に, 低温測定環境, チューニング手順, 単一量子ビット制御を目的とした段階的ベンチマークプログラム, 緩和チャネルのフォノンバンドギャップ抑制, および2量子ビット結合の解法について概説する。
このモジュールは、Geホールスピン量子ビットの中距離結合のためのスケーラブルなテンプレートを提供し、材料とフォノン工学を回路レベルの読み出しと結びつけ、エンタングゲート、ベル状態発生、フォノン対応量子センシングの将来の実験的なデモを可能にする。
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