論文の概要: Predicting the Slow Drift of Nuclear Spin Noise in Semiconductor Spin Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.26019v1
- Date: Tue, 28 Jul 2026 17:31:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-29 20:50:42.950525
- Title: Predicting the Slow Drift of Nuclear Spin Noise in Semiconductor Spin Qubits
- Title（参考訳）: 半導体スピンビットにおける核スピンノイズのスロードリフト予測
- Authors: Wayne M. Witzel, Jesse J. Lutz, Matthew D. Grace, Natalie D. Foster, Ryan M. Jock, Dwight R. Luhman,
- Abstract要約: 核スピン浴の力学は、量子ドットにおける電子スピンビットのデコヒーレンスに重要な寄与となる磁気ノイズを生成する。
我々は,クラスタ相関拡張(CCE)技術を拡張し,より長い時間スケールで遅いドリフトオーバーハウザー場を効率的に予測するために,クラスタ動的処理を取り入れた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The dynamics of a nuclear spin bath generates magnetic noise that is a key contributor to the decoherence of electron spin qubits in electrostatically-defined quantum dots. In this paper, we extend the cluster correlation expansion (CCE) technique, which has proven useful for predicting solid-state qubit coherence times across various settings but is limited to shorter time scales, to incorporate stochastic treatments of cluster dynamics in order to efficiently predict slow drifting Overhauser fields over longer time scales. This approach combines quantum evolution with classical rate matrices to enable simulation across a wide range of temporal regimes required to simulate, for example, the long-time convergence of the ergodic $T_2^*$ from Ramsey experiments. Our methodology is validated against experimental data from various silicon spin qubit systems, demonstrating a strong agreement between simulation and measurement of Ramsey experiments presented in the form of $T_2^*$ versus averaging time, autocorrelation functions, as well as power spectral densities. Furthermore, we demonstrate significant back-action effects through modeling and experiment; specifically, the dynamics of the nuclear spin bath depends upon the electron spin occupation schedule. Finally, our modeling quantitatively predicts the benefits from compensating for the slow drift of Overhauser fields in qubit operations. Our findings indicate that compensating for an Overhauser rotation measured $Δt$ in the past results in an effective $T_2^*$, which we denote $\tilde{T}_2^*(Δt)$ for clarity, under certain scenarios of interest, can be one or two orders of magnitude larger than the ergodic $T_2^*$ if the Overhauser rotation is re-characterized every 100 milliseconds; that is, $\tilde{T}_2^*(Δt = 100~{\rm ms})$ can be $10$ to $100$ times larger than $T_2^*$.
- Abstract（参考訳）: 原子核スピン浴の力学は、静電気的に定義された量子ドットにおける電子スピン量子ビットのデコヒーレンスに重要な寄与する磁気ノイズを生成する。
本稿では, クラスタ相関拡張(CCE)法を拡張し, 様々な設定のソリッドステートキュービットのコヒーレンス時間を予測するのに有用であるが, より短い時間スケールに制限されている。
このアプローチは量子進化と古典的な速度行列を組み合わせることで、例えばラムゼーの実験からのエルゴード$T_2^*$の長期収束をシミュレートするために必要な幅広い時間的状態のシミュレーションを可能にする。
提案手法は, 種々のシリコンスピン量子ビット系の実験データに対して検証され, 平均時間, 自己相関関数, パワースペクトル密度といった形で提示されたラムゼー実験のシミュレーションと測定との間に強い一致を示す。
さらに、モデリングと実験により、重要なバックアクション効果を示す。特に、核スピン浴のダイナミクスは、電子スピンの占有スケジュールに依存する。
最後に、量子ビット演算におけるオーバーハウザー場の遅いドリフトに対する補償の利点を定量的に予測する。
以上の結果から,Overhauserの回転が100ミリ秒毎に再キャラクタ化される場合,$\tilde{T}_2^*(Δt)$は,$T_2^*$よりも1～2桁大きく,例えば$\tilde{T}_2^*(Δt = 100~{\rm ms})$は$T_2^*$の10ドルから100ドル程度になる。
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