論文の概要: Coherent and ultra-low-power EDSR with a flopping-mode spin qubit in germanium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.20775v1
• Date: Thu, 17 Sep 2026 17:47:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-20 08:55:54.412332
• Title: Coherent and ultra-low-power EDSR with a flopping-mode spin qubit in germanium
• Title（参考訳）: ゲルマニウムのフローッピングモードスピン量子ビットを用いたコヒーレントかつ超低出力EDSR
• Abstract要約: 半導体量子ドット(QD)におけるホールスピンビットは、高忠実度全電制御を可能にする。 平面Geホールスピン量子ビットでは、デバイスでは-27dBmに達する。 単一スピンが二重QDで非局在化されるようなGeのフロッピングモード(FM)量子ビットを実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.075630487781005
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Hole spin qubits in semiconductor quantum dots (QDs) enable high-fidelity all-electric control, but conventional electric dipole spin resonance (EDSR) can require substantial rf drive power at the low magnetic fields that are favorable for qubit coherence and readout. In planar Ge hole spin qubits, this can reach -27 dBm at the device, posing challenges for scalable architectures due to heating and crosstalk. Here, we demonstrate a flopping-mode (FM) qubit in Ge, where a single spin is delocalized in a double QD, combining first-order protection against charge noise with exceptionally efficient electric driving. By mapping out coherence sweet-spots as a function of magnetic field orientation we achieve $T_2^*= 1.4μ\mathrm{s}$, $T_2^{\mathrm{Hahn}}= 11.5 μ\mathrm{s}$, $T^{φ, \mathrm{CPMG32}}_2= 130 μ\mathrm{s}$, and $T_1= 226 μ\mathrm{s}$, and a single-qubit gate fidelity of up to 99.76$\%$ for a gate time $t_{Xπ} = 88$ ns. Importantly, these results are obtained at a nearly in-plane magnetic field of 5 mT using only -52 dBm drive power at the device. We further find that qubit relaxation in this regime is consistent with a two-photon Orbach process, providing a route for further optimization. Our results demonstrate that FM-EDSR supports ultra-low-power, high-fidelity single-qubit operations, improvements that could benefit scalable hole-spin-based architectures and hybrid spin-photon interfaces.
• Abstract（参考訳）: 半導体量子ドット(QD)におけるホールスピン量子ビットは、高忠実度全電制御を可能にするが、従来の電気双極子スピン共鳴(EDSR)は、量子ビットのコヒーレンスと読み出しに好適な低磁場において、かなりrfの駆動力を必要とする。 平面Geホールスピンキュービットでは、デバイスで-27dBmに達することができ、加熱とクロストークによるスケーラブルなアーキテクチャの課題を提起する。 ここでは,1本のスピンを2重QDで非局在化し,電荷雑音に対する一階保護と極めて効率的な電気駆動を併用したフロッピングモード(FM)量子ビットをGeで実証する。 コヒーレンス・スイートスポットを磁場配向関数として表すことで、$T_2^*= 1.4μ\mathrm{s}$, $T_2^{\mathrm{Hahn}}= 11.5 μ\mathrm{s}$, $T^{φ, \mathrm{CPMG32}}_2= 130 μ\mathrm{s}$, $T_1= 226 μ\mathrm{s}$, and a single-qubit gate fidelity of 99.76$\%$ for a gate time $t_{Xπ} = 88$ ns. 重要なことに、これらの結果はデバイスで-52dBmの駆動力しか使用せず、5mTのほぼ平面上の磁場で得られる。 さらに、この状態におけるキュービット緩和は、2光子オーバッハ過程と一致し、さらなる最適化の経路を提供する。 この結果から,FM-EDSRは超低消費電力,高忠実な単一量子ビット演算をサポートし,スケーラブルなホールスピン型アーキテクチャとハイブリッドスピン光子インタフェースに有用であることを示す。

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