悬空键作为硅与硅锗量子点量子比特中电荷噪声的可能来源

基于Si和Si$_{1-x}$Ge$_{x}$量子点架构的自旋量子比特在竞争性的量子计算技术中展现出最佳的相干时间，但它们仍受限于电荷噪声，后者限制了其量子比特门保真度。因此，识别这些电荷涨落的起源是改进基于Si量子点的量子比特的关键一步。本文使用杂化泛函计算来研究电荷噪声可能的原子尺度来源，重点关注Si和Ge悬空键(DBs)处的电荷俘获。我们评估了全局与局域环境在Si、Ge和\sige合金中与DBs相关的缺陷能级中的作用，并在构型坐标图框架内考虑了它们的俘获与激发能量。此外，我们通过分析典型\sige量子点异质结构中SiO$_2$和应变Si层里的Si和Ge$_{\rm Si}$ DBs，考虑了应变与氧化在电荷俘获能量学中的影响。我们的结果指出，Ge悬空键在典型\sige合金及相关氧化层中都是更成问题的电荷俘获中心，并且它们可能因组分不均匀而加剧。这些结果表明了合金均匀性以及对Si基量子点量子比特中DBs的可能钝化方案的重要性，并且对于缓解其他基于Si、Ge和Si$_{1-x}$Ge$_{x}$的金属-氧化物-半导体叠层及相关器件中可能的陷阱能级具有普遍意义。