无磁铁操作的电子自旋量子比特：Si/Si$_{1-x}$Ge$_x$ 垂直双量子点

我们研究了一种用于完全电气控制电子损失-迈克尔逊(Loss-DiVincenzo, LD)自旋量子比特的垂直双量子点(DQD)结构，其基于Si/Si$_{1-x}$Ge$_x$/Si双阱异质结构。通过实际器件建模和数值仿真，我们发现由于DQD中新兴的自旋轨道相互作用以及阀极引入的应变，出现了小但有限的g张量变化。在此基础上，我们发现价能级分裂可达约250 μeV，因而暴露出多种快速的电气单比特旋转途径。交变电场可引起电偶极自旋共振(EDSR)，而在交变磁场下进行的自旋共振(ESR)可通过局部阴极gate控制，由于DQD中g因子的变化。我们还展示了在垂直和水平方向上的相邻点之间的搬运，能够实现小于1纳秒的超快单比特门。值得注意的是，这种DQD架构完全消除了对微磁铁的需求，显著促进了半导体制造厂中LD自旋量子比特的可扩展性。