論文の概要: A Unified Electrostatic-to-Spin Framework for Asymmetric Multi-Gate CMOS Quantum Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.04876v1
• Date: Mon, 06 Jul 2026 09:53:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-07 22:26:30.106944
• Title: A Unified Electrostatic-to-Spin Framework for Asymmetric Multi-Gate CMOS Quantum Devices
• Title（参考訳）: 非対称多ゲートCMOS量子デバイスのための統一静電スピンフレームワーク
• Abstract要約: 量子チップのゲートスタックは、リソグラフィー幾何学、静電閉じ込め、多電子スピン充填を1つの透明なモデルで接続することは困難である。 ここでは、非対称多ゲートシリコン量子ドットデバイスのための低次解析フレームワークを開発する。 したがって、このワークフローはCMOSレイアウト、デバイス静電気、および潜在的に決定される量子オブザーバブルを接続し、CMOSベースの量子ビット設計とDTCOのための監査可能なモデリング層を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.288703321880058
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In advanced complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) quantum chips, compact gate stacks make it difficult to connect lithographic geometry, electrostatic confinement and many-electron spin filling in one transparent model. This connection is central to design-technology co-optimization (DTCO). Here we develop a reduced-order analytical framework for asymmetric multigate silicon quantum-dot devices. Its electrostatic core, the Poisson-kernel coupled-interface Green-function (PK-GF) model, agrees with an independent finite-volume solution at the millivolt scale for the matched two-dimensional problem, without fitting to that solution. We then pass the gate-derived confinement, rather than a harmonic or fitted potential, to a spin-valley many-body calculation for a jellybean quantum dot with N = 2-17 electrons at B = 5 T. The unrestricted Hartree-Fock (UHF) solution supports occupation-dependent, Wigner-molecule-like charge localization but likely overestimates spin polarization. Complete active-space configuration interaction (CASCI) supports a low-spin branch within the tested active spaces, which aligns with the experiments. The workflow therefore connects CMOS layout, device electrostatics, and potential-determined quantum observables, providing an auditable modelling layer for CMOS-based qubit design and DTCO.
• Abstract（参考訳）: 先進的な相補的金属酸化物半導体(CMOS)量子チップでは、コンパクトゲートスタックは、リソグラフィー幾何学、静電閉じ込め、多電子スピン充填を1つの透明モデルで接続することが困難である。 この接続は設計と技術の共同最適化(DTCO)の中心である。 ここでは、非対称多ゲートシリコン量子ドットデバイスのための低次解析フレームワークを開発する。 静電コアであるポアソン-カーネル結合界面グリーン関数 (PK-GF) モデルは、その解に適合することなくミリボルトスケールで独立有限体積解に一致する。 B = 5 T で N = 2-17 電子を持つゼリービー量子ドットのスピンヴァレー多体計算に、ハーツリー・フォック(英語版) (UHF) 溶液は、占有依存のウィグナー-分子様電荷の局在を支持するが、スピン偏極を過小評価する。 完全能動空間構成相互作用(CASCI)は、試験された能動空間内の低スピン分岐をサポートし、実験と整合する。 したがって、このワークフローはCMOSレイアウト、デバイス静電気、および潜在的に決定される量子オブザーバブルを接続し、CMOSベースの量子ビット設計とDTCOのための監査可能なモデリング層を提供する。

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