高度各向异性半导体中双量子点空穴自旋量子比特的交换相互作用

我们研究了在硅纳米线双量子点结构中，存在磁场与电场时两个空穴自旋量子比特之间的交换相互作用。基于对称性论证，我们证明即使是在高度各向异性的半导体中，只要系统相对于所施加磁场方向具有二重对称性，就存在一个守恒的有效自旋。这一发现有助于定义量子比特基态，并简化耦合量子点中双量子比特门的交换相互作用形式。若磁场沿一般方向施加，三次各向异性项充当有效自旋轨道相互作用，即使对于反演对称的结构也会引入新的交换耦合。以硅纳米线双量子点为例，我们给出了这些各向异性交换相互作用项的相对强度，并计算了 $\sqrt{\text{SWAP}}$ 门的保真度。此外，我们表明在实验可行的电场强度下，各向异性诱导的自旋轨道效应可与直接 Rashba 自旋轨道相互作用相当。