通过调谐轨道能级实现高保真翻滚模式单自旋操作
介观与纳米尺度物理
2025-09-01 v1 量子物理
摘要
量子点中快速自旋操控与长自旋相干时间是高保真半导体自旋量子比特的关键特性。然而，这两项特性通常相互独立，如何同时优化亦存争。因此，亟需一种不依赖材料相关强自旋轨道耦合及局部磁场梯度（限制可扩展性）的高保真操作方案。本文展示一种通过调谐GaAs三量子点（TQD）间轨道自旋耦合实现高保真自旋控制的方法，其中第三点提供对轨道能级的精确控制。在优化隧穿耦合的电稳定电荷态下，我们实现超过100 MHz的Rabi频率，同时保持相干性，通过调节TQD间轨道能级实现。采用基于机器学习的反馈控制高效估计量子比特频率，利用历史测量数据，我们以最小测量开销表征并抑制低频噪声对相干性的影响。最终在GaAs量子点器件中（该器件因核自旋强超量子相干性受限），我们通过随机基准测试实现4 ns时延下99.7%的π/2门保真度。该方法为半导体量子点阵列的高保真自旋控制提供可扩展策略，依赖器件特性参数而非材料属性或外部场梯度。
引用
@article{arxiv.2508.21723,
title = {High fidelity flopping-mode single spin operation with tuning inter-dot orbital levels},
author = {Yuta Matsumoto and Xiao-Fei Liu and Arne Ludwig and Andreas D. Wieck and Keisuke Koike and Takefumi Miyoshi and Takafumi Fujita and Akira Oiwa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.21723},
year = {2025}
}