德国基硅spin-qubit模式的比较评估： donor、acceptor、gate-defined hole与gate-defined electron平台

高纯度德国（Ge）因其结合成熟的材料加工、可获取的自旋自由同位素、高载流子迁移率、较小的有效质量以及强但可工程化的自旋-轨道耦合而重新成为基于自旋的量子信息处理的通用半导体平台。然而，“Ge量子比特”并非单一技术。 donor自旋量子比特、acceptor自旋量子比特、gate-defined孔自旋量子比特和gate-defined电子自旋量子比特利用Ge带结构的不同部分，因而在相干性、可控性、制造复杂度和可扩展性方面做出不同的权衡。本文在统一的物理和架构框架下比较这四种Ge基自旋量子比特模式。我们回顾了共享的Ge材料物理，包括同位素纯化、多谷$L$点导带、$3/2$自旋价带、重空穴/轻空穴混合、应变、界面、无程序和声子。我们还引入了一种用于估计声子晶体修改$T_1$的通用框架，该框架使用校准参考松弛速率、几何相关的应变密度状态抑制因子以及寄生松弛通道。比较结果表明，目前gate-defined Ge孔自旋量子比特提供了最强的全电控制、已实现多量子比特操作和可扩展性的组合。Donor、acceptor和gate-defined电子量子比特仍是内存、混合和探索性体系结构中重要的互补方向。总体而言，Ge支持一种多样化的量子比特生态系统，gate-defined孔自旋量子比特目前为可扩展的Ge基量子处理器提供了最清晰的路径。