論文の概要: Simulation of exchange coupling effects in double quantum dot FinFET-like structures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.08447v1
• Date: Thu, 09 Jul 2026 13:08:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-10 14:45:27.544152
• Title: Simulation of exchange coupling effects in double quantum dot FinFET-like structures
• Title（参考訳）: 二重量子ドットFinFET様構造における交換結合効果のシミュレーション
• Authors: Ilan Bouquet, Alexander Maeder, Mathieu Luisier,
• Abstract要約: 我々は,GPU加速型シュルディンガー・ポアソン分解器を用いて,ホールスピンダブルキュービットデバイスにおける交換結合を特徴付ける。 本研究のシミュレーション・フレームワークは, 興味のある装置の静電磁気特性を再現できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.64338380623755
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: By leveraging a GPU-accelerated Schrödinger-Poisson (SP) solver, we characterize exchange coupling in a hole spin double-qubit device involving a double quantum dot (DQD) system formed inside a 5-gate silicon fin field-effect transistor (FinFET) similar to real experimental structures. The self-consistent SP simulations rely on a finite difference discretization of the 3D volume and on a Luttinger-Kohn 6x6 kp Hamiltonian accounting for magnetic fields and strain distribution. They return the gate-induced confined electronic states and the corresponding electrostatic potential hosting the DQD. These quantities serve as inputs to a two-particle Hamiltonian that is constructed from single-particle Slater determinants through the configuration interaction (CI) method. By diagonalizing this two-particle Hamiltonian, the eigenstates and eigenenergies of the DQD system are obtained, together with their exchange coupling. We show that our simulation framework, using a reduced number of basis states, is capable of reproducing the magneto-electrostatic behavior of the devices of interest, as predicted from theory and observed experimentally. We finally leverage our approach to determine the optimal operating conditions of a two-qubit quantum logic gate implemented in a Si FinFET structure.
• Abstract（参考訳）: GPU加速型シュレーディンガー・ポアソン(SP)ソルバを利用して、実実験構造に似た5ゲートシリコンフィン電界効果トランジスタ(FinFET)の内部に二重量子ドット(DQD)系が形成されるホールスピン二重量子ビットデバイスにおける交換結合を特徴付ける。 自己整合SPシミュレーションは、3次元体積の有限差分離散化と、磁場とひずみ分布を考慮に入れたルッティンガー・コーン6x6kpハミルトン方程式に依存する。 彼らはゲートによって誘導される閉じ込められた電子状態と、それに対応する静電ポテンシャルをDQDに戻す。 これらの量は、構成相互作用(CI)法による単粒子スレーター行列式から構成される2粒子ハミルトニアンへの入力として機能する。 この2粒子ハミルトニアンを対角化することにより、DQD系の固有状態と固有エネルギーが交換結合とともに得られる。 シミュレーションの枠組みは, 基礎状態が減らされ, 興味のある装置の磁気静電挙動を再現することが可能であることが, 理論から予測され, 実験的に観察された。 我々は最終的に、Si FinFET構造に実装された2量子量子論理ゲートの最適動作条件を決定するために、我々のアプローチを活用する。

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