面向硅中自旋量子比特的增强谷分裂的遗传设计
介观与纳米尺度物理
2015-06-15 v1 材料科学
摘要
硅中的电子自旋因其出色的自旋相干性和与标准电子学的兼容性，正成为量子比特（量子计算的基本单元）的有力竞争者。硅宿主中自旋量子计算的一个显著限制是这种材料导带的轨道简并性，阻止了自旋1/2态成为孤立的二能级系统。迄今为止，由Ge-Si合金势垒包覆的硅量子阱样品提供的谷分裂（VS）相对较小，约为1 meV或更少，降低了编码在硅中自旋“上”和“下”态的量子比特的保真度。在这里，基于原子分辨的赝势理论，我们证明，与迄今为止采用的随机合金势垒相比，限制硅层的有序Ge-Si层状势垒可以将活性硅区域中的VS提高多达一个数量级。采用受生物学启发的遗传算法搜索来识别超晶格势垒的魔法Ge/Si层序列，该序列将电子基态隔离在单个谷组成中，VS高达约9 meV。增强的VS在不同物种之间的合理层间混合下得以保持，并且有趣的是，即使发生一些更大的混合，它也是“受保护的”。在现有超晶格生长技术范围内实现优化的势垒层序列，以实际系统的方式克服了当前与轨道简并性相关的主要限制，从而为硅中可靠的自旋量子计算提供了路线图。
引用
@article{arxiv.1303.4932,
title = {Genetic Design of Enhanced Valley Splitting towards a Spin Qubit in Silicon},
author = {Lijun Zhang and Jun-Wei Luo and A. L. Saraiva and Belita Koiller and Alex Zunger},
journal= {arXiv preprint arXiv:1303.4932},
year = {2015}
}
备注
Supplementary Material posted as a separate arXiv file