論文の概要: Interacting electrons in silicon quantum interconnects

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05306v1
• Date: Thu, 08 Jan 2026 18:44:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-12 17:41:49.745084
• Title: Interacting electrons in silicon quantum interconnects
• Title（参考訳）: シリコン量子配線における相互作用電子
• Authors: Anantha S. Rao, Christopher David White, Sean R. Muleady, Anthony Sigillito, Michael J. Gullans,
• Abstract要約: シリコン量子処理ユニット間のコヒーレントな相互接続は、スケーラブルな量子計算と長距離の絡み合いに不可欠である。 我々はSi/SiGeヘテロ構造のシリコン量子井戸に形成された一次元電子チャネルが強いクーロン相互作用を示すことを示す。 我々は、電荷輸送と電荷センシングによるウィグナー-フライデルクロスオーバーの実験的なシグネチャを、ゼロ磁場と高磁場の両方で提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1631115063641726
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Coherent interconnects between gate-defined silicon quantum processing units are essential for scalable quantum computation and long-range entanglement. We argue that one-dimensional electron channels formed in the silicon quantum well of a Si/SiGe heterostructure exhibit strong Coulomb interactions and realize strongly interacting Luttinger liquid physics. At low electron densities, the system enters a Wigner regime characterized by dominant 4kF correlations; increasing the electron density leads to a crossover from the Wigner regime to a Friedel regime with dominant 2kF correlations. We support these results through large-scale density matrix renormalization group (DMRG) simulations of the interacting ground state under both screened and unscreened Coulomb potentials. We propose experimental signatures of the Wigner-Friedel crossover via charge transport and charge sensing in both zero- and high-magnetic field limits. We also analyze the impact of short-range correlated disorder - including random alloy fluctuations and valley splitting variations - and identify that the Wigner-Friedel crossover remains robust until disorder levels of about 400 micro eV. Finally, we show that the Wigner regime enables long-range capacitive coupling between quantum dots across the interconnect, suggesting a route to create long-range entanglement between solid-state qubits. Our results position silicon interconnects as a platform for studying Luttinger liquid physics and for enabling architectures supporting nonlocal quantum error correction and quantum simulation.
• Abstract（参考訳）: ゲート定義のシリコン量子処理ユニット間のコヒーレントな相互接続は、スケーラブルな量子計算と長距離の絡み合いに不可欠である。 我々は、Si/SiGeヘテロ構造のシリコン量子井戸に形成された一次元電子チャネルが強いクーロン相互作用を示し、強く相互作用するルッティンガー液体物理学を実現することを論じる。 低電子密度では、この系は4kF相関が支配的なウィグナー系に入り、電子密度を増大させることで2kF相関が支配的なフリーデル系と交差する。 本研究では, 大規模密度行列再正規化群 (DMRG) シミュレーションにより, クーロンポテンシャルと非遮蔽クーロンポテンシャルの両方の下で相互作用する基底状態のシミュレーションにより, これらの結果を裏付ける。 我々は、電荷輸送と電荷センシングによるウィグナー-フライデルクロスオーバーの実験的なシグネチャを、ゼロ磁場と高磁場の両方で提案する。 また,無作為な合金揺らぎや谷分割変動を含む短距離相関障害の影響を解析し,約400マイクロeVの障害レベルまでウィグナー・フライデル交叉が頑健であることを確認する。 最後に、ウィグナー系は、相互接続する量子ドット間の長距離容量結合を可能にし、固体量子ビット間の長距離エンタングルメントを生成する経路を示唆する。 その結果, シリコン配線は, ルッティンガー液体物理の研究と非局所量子誤差補正と量子シミュレーションをサポートするアーキテクチャの実現のためのプラットフォームとして位置づけられた。

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