論文の概要: High-Fidelity Hole Spin Qubits Reveal Quadrupolar Nuclear-Bath Dynamics in Isotopically Purified Planar Germanium
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.28695v1
- Date: Sat, 27 Jun 2026 02:32:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:15.657671
- Title: High-Fidelity Hole Spin Qubits Reveal Quadrupolar Nuclear-Bath Dynamics in Isotopically Purified Planar Germanium
- Title（参考訳）: 等方的に精製された平面ゲルマニウム中の4極性核-ボースダイナミクスを呈する高密度ホールスピンビット
- Abstract要約: 本稿では,70GeH4前駆体を用いた高品質2次元ホールガス (2DHG) の合成について報告する。
非ゼロスピン核の抑制により、スイートスポット上のqubitsのT2*は20の範囲を超えて中程度に拡張される。
スイートスポットから離れたキュービットのT2*は3 us以上まで拡張され、両方のオペレーティングシステムで単一キュービットゲートの忠実度が99.9%を超える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.573930625992042
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Planar Germanium has emerged as a promising platform to build spin-based large scale quantum computers. By exploiting the anisotropic hyperfine interaction of holes in Ge, qubits with long T2* have been recently realized. While the performance of single qubits is still more or less limited by 73Ge nuclear spin fluctuations, the site-to-site variation of qubit sweet spot becomes obstacles to maintaining high fidelity of each qubit across the whole wafer. To achieve high performance Ge-based quantum circuit, it is therefore essential to eliminate the origin source of hyperfine noise. In its Silicon counterparts, reduction of 29Si abundance enables exceptional high-fidelity operation. In contrast, hole qubits based on isotopically purified Ge have not been demonstrated. Here, we report the synthesis of high quality 2-dimensional hole gas (2DHG) with enriched 70GeH4 precursor. Due to the suppression of nonzero spin nucleus, the qubits' T2* on the sweet spot is moderately extended beyond 20 us, surpassing the previous best reported Ge hole qubits. More importantly, the qubits' T2* off the sweet spot is enhanced to above 3 us, enabling single qubit gate fidelity exceeding 99.9% in both operating regimes. Hahn-echo spectroscopy further resolves a finite-frequency nuclear-noise channel that is distinct from the conventional Larmor-linked hyperfine response. We associate this channel with quadrupole-modified dynamics of residual 73Ge nuclei sampling local electric-field gradients near the Ge/SiGe interface. Its field scaling and angle-dependent visibility are consistent with a qubit-visible quadrupolar nuclear-noise component transduced through the anisotropic hyperfine interaction of Ge holes. These results establish isotopically purified planar Ge as a high-coherence scalable platform for hole spin qubits and provide a spectroscopic probe of interfacial quadrupolar nuclear dynamics.
- Abstract（参考訳）: Planar Germaniumは、スピンベースの大規模量子コンピュータを構築するための有望なプラットフォームとして登場した。
Ge の孔の異方性超微細相互作用を利用して、T2* の長い量子ビットが近年実現されている。
単一量子ビットの性能は73Geの核スピン揺らぎによってかなり制限されているが、キュービットスイーツのサイト・ツー・サイトの変化は、ウェーハ全体にわたって各量子ビットの高忠実性を維持する障害となる。
高性能なGe基量子回路を実現するためには,超微細ノイズの発生源を除去することが不可欠である。
シリコン系では、29Siアパダンスを低減させることで、例外的な高忠実度動作が可能となる。
対照的に、等方的に精製されたGeに基づくホール量子ビットは示されていない。
本稿では,70GeH4前駆体を用いた高品質2次元ホールガス(2DHG)の合成について報告する。
非ゼロスピン核の抑制により、スイートスポット上のキュービットのT2*は20usを超え、前回報告されたGeホールキュービットを超える。
さらに重要なことは、キュービットのT2*は3 us以上まで拡張され、両方のオペレーティングシステムで単一のキュービットゲートの忠実度が99.9%を超えたことである。
ハーン・エチョ分光法は、従来のラーモア結合超微粒子反応とは異なる有限周波核ノイズチャネルを更に解決する。
我々は,このチャネルと,Ge/SiGe界面近傍の局所電場勾配をサンプリングする残留73Ge核の四重極修飾ダイナミクスを関連づける。
磁場のスケーリングと角度依存性の可視性は、Geホールの異方性超微細相互作用によって誘導される、クビット可視の四極性核ノイズ成分と一致している。
これらの結果は、孔状スピン量子ビットの高コヒーレンスなプラットフォームとしてイソトピー的に精製された平面Geを確立し、表面四極子核力学の分光プローブを提供する。
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