論文の概要: Validation of the five-electron pO qubit in Si using full configuration interaction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.00443v1
- Date: Fri, 30 Oct 2026 22:50:55 GMT
- ステータス: 情報取得中
- システム内更新日: 2026-11-03 19:43:05.640452
- Title: Validation of the five-electron pO qubit in Si using full configuration interaction
- Title（参考訳）: フル構成相互作用を用いたSi中の5電子pO量子ビットの検証
- Abstract要約: pO$量子ビット(英: $pO$ qubit)は、ゲート定義のSi量子ドットに閉じ込められた5つの電子からなる、最近提案された電荷量子ビットである。
我々は、クーロン相互作用が$pO$ qubitの生存性に与える影響を評価するためにフル構成相互作用(FCI)計算を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The $pO$ qubit is a recently proposed charge qubit consisting of five electrons confined in a gate-defined Si quantum dot. Because its two qubit states have no dipole moment, it couples to electric fields only through the quadrupole moment, suppressing the dominant decoherence channel of conventional charge qubits while retaining all-electrical control. The original proposal was formulated in a shell-filling picture without Coulomb interactions. In this work we perform full configuration interaction (FCI) calculations to assess the impact of the Coulomb interaction on the viability of the $pO$ qubit. We find that the interacting eigenstates occupy orbital shells beyond the shell-filling picture, with the degree of excitation governed by the competition between valley splitting, orbital energy, and Coulomb energy scales. Additionally, we find that the ground states form degenerate doublets, but of two distinct kinds. Above a crossover near a valley splitting of $E_{\rm{VS}}\approx50~μ$eV the doublet is a pair of orbital angular momentum excitations with $|\langle L_z\rangle|=1$ in the lower valley, while below the crossover the doublet is a pair of single valley excitations with $\langle L_z\rangle=0$. Despite this substantial departure from the shell-filling picture, for $E_{\rm{VS}} > 50~μ$eV the essential features, vanishing dipole moments and nonzero quadrupole tensor between qubit states are preserved. We show that the vanishing dipole is in fact guaranteed by the symmetry properties of the five-electron Hamiltonian. The same energy scales that govern the orbital occupation also set the quadrupole tensor elements and the first excited state energy gap, both of which are in principle tunable through device engineering.
- Abstract（参考訳）: pO$量子ビット(英: $pO$ qubit)は、ゲート定義のSi量子ドットに閉じ込められた5つの電子からなる、最近提案された電荷量子ビットである。
2つの量子ビット状態は双極子モーメントを持たないため、四極子モーメントを通してのみ電場に結合し、全電制御を維持しながら従来の電荷量子ビットの支配的な非コヒーレンスチャネルを抑制する。
当初の提案はクーロン相互作用を伴わないシェルフィリングで定式化された。
本研究ではフル構成相互作用(FCI)計算を行い、クーロン相互作用が$pO$ qubitの生存性に与える影響を評価する。
相互作用する固有状態が、谷分割、軌道エネルギー、クーロンエネルギースケールの競合によって支配される励起度とともに、殻満載画像の外側の軌道シェルを占有していることが判明した。
さらに、基底状態は2つの異なる種類の縮退二重項を形成する。
E_{\rm{VS}}\approx50~μ$eV の谷の近傍では、ダブルトは、下方谷で |\langle L_z\rangle|=1$ の軌道角運動量励起の対であり、その下方では、ダブルトは、$\langle L_z\rangle=0$ の1対の谷励起の対である。
このシェルフィリング像からはかなり離れているが、$E_{\rm{VS}} > 50~μ$eV の本質的な特徴は、双極子モーメントとクォービット状態間の非零四極子テンソルが保存されている。
消滅する双極子は、実際には5電子ハミルトニアンの対称性によって保証されていることを示す。
軌道占有を支配する同じエネルギースケールでは、四重極テンソル要素と最初の励起状態エネルギーギャップも設定されている。
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