量子点中的空穴-声子相互作用：声子限制与封装材料对自旋轨道量子比特的影响
介观与纳米尺度物理
2020-08-19 v2
摘要
自旋-声子相互作用是限制半导体量子点中自旋量子比特寿命的机制之一。与电荷噪声等其他机制不同，声子是器件固有的，难以缓解。因此它们设定了量子比特弛豫时间的根本极限。本文引入一个通用框架，用于计算体(3D)及强受限 1D 或 2D 声子诱导的自旋(及电荷)跃迁速率。我们讨论了由 6 带 kp 模型描述的空穴自旋轨道量子比特这一特例。接着将该理论应用于绝缘体上硅器件中的空穴量子比特。我们表明该器件中的自旋弛豫由能带混合项主导，其通过价带形变势 d 将空穴与横向声学声子耦合，并优化偏置点与磁场方向以在弛豫时间 T1 内最大化可实现的拉比振荡数 Q。尽管价带中自旋轨道耦合很强，受声子限制的 Q 仍可达数万。我们进而探索了 1D 和 2D 结构中声子限制的影响，以及封装材料对弛豫速率的影响。我们表明自旋寿命可依赖于微米尺度器件的几何结构，且当量子比特周围材料更硬时寿命改善。因此，一旦外在弛豫源被降低，半导体量子比特中的声子工程或将变得重要。
引用
@article{arxiv.2003.07592,
title = {Hole-phonon interactions in quantum dots: Effects of phonon confinement and encapsulation materials on spin-orbit qubits},
author = {Jing Li and Benjamin Venitucci and Yann-Michel Niquet},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.07592},
year = {2020}
}
备注
17 pages, 10 figures + 10 pages supplementary information