論文の概要: Assessing fidelity-limiting factors and achieving single-qubit gate fidelity beyond 99.999% in driven silicon spin qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.11072v1
• Date: Tue, 11 Aug 2026 15:35:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-12 19:14:46.106313
• Title: Assessing fidelity-limiting factors and achieving single-qubit gate fidelity beyond 99.999% in driven silicon spin qubits
• Title（参考訳）: 駆動シリコンスピン量子ビットにおけるフィデリティ制限因子の評価と単一量子ゲートフィデリティの99.999%を超える達成
• Abstract要約: 駆動スピンコヒーレンス時間を劇的に延長し, 99.999%以上の単一量子ゲート特性を報告した。 これらの結果は、最先端のシリコンスピン量子ビットにおける忠実度ベンチマークを束縛するメカニズムを示している。
• 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: In semiconductor single-spin qubits, high-fidelity quantum gates have been demonstrated; however, achieving consistent performance remains challenging due to variations in driven qubit coherence, which is less explored than free-evolution coherence such as $T_2^*$. Here, we report single-qubit gate fidelities above 99.999%, achieved by dramatically extending the driven-spin coherence time and suppressing off-resonant driving effects that are detrimental to accurate fidelity benchmarking. We demonstrate that removing proximal reservoirs significantly enhances the spin-locking coherence time ($T_{1ρ}$), a critical metric for qubits under microwave driving. Furthermore, we reveal that in typical spin qubit setups using parity readout and rectangular pulses, off-resonant excitation of neighboring qubits causes substantial benchmarking artifacts. By optimizing device conditions to mitigate microwave-induced degradation and implementing spectrally tailored pulse shaping, we achieve a $π/2$ gate fidelity of 99.99920(2)%, with remaining errors primarily limited by incoherent noise. These results showcase the mechanisms that bound fidelity benchmarking in state-of-the-art silicon spin qubits and provide practical guidelines for achieving and verifying high fidelities in these systems.
• Abstract（参考訳）: 半導体単一スピン量子ビットでは、高忠実性量子ゲートが証明されているが、駆動量子ビットコヒーレンスの変化により一貫した性能を達成することは、$T_2^*$のような自由進化コヒーレンスよりは探索されない。 ここでは、駆動スピンコヒーレンス時間を劇的に延長し、正確な忠実度ベンチマークに有害な非共振駆動効果を抑えることにより、99.999%以上の単一量子ゲート忠実度を報告する。 マイクロ波駆動下での量子ビットの臨界測度であるスピンロックコヒーレンス時間(T_{1ρ}$)を,近位貯水池の除去により著しく向上させることを示した。 さらに、パリティ・リードアウトと長方形パルスを用いた典型的なスピン量子ビット構成では、近隣の量子ビットの非共鳴励起がかなりのベンチマーク成果物を引き起こすことを明らかにした。 マイクロ波誘起劣化を緩和するデバイス条件を最適化し、スペクトル的に調整されたパルス整形を実装することにより、99.99920(2)%のπ/2$ゲート忠実度を実現し、残差は主として不整合雑音によって制限される。 これらの結果は、最先端のシリコンスピン量子ビットにおける忠実度ベンチマークのバウンド機構を示し、これらのシステムにおいて高い忠実度を達成および検証するための実践的なガイドラインを提供する。

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