单个电荷涨落子扰动下硅空穴量子比特中自旋退相干的建模

半导体量子点中的自旋量子比特是实现量子处理器的极具前景的器件之一。因此,更好地了解影响此类量子比特相干性的噪声源至关重要。本工作中,我们研究由单个电荷涨落引起的电报噪声的影响。我们尽可能真实地模拟了沿硅纳米线沟道由一组栅极静电定义的量子点中的空穴自旋量子比特。结合泊松方程和含时薛定谔方程的计算,可模拟经典随机电报信号下空穴自旋随时间的弛豫与退相位。我们表明,在很宽的频率范围内,退相位时间 $T_2$ 可由两能级模型很好地给出。值得注意的是,在低频涨落子这一最现实的构型中,系统呈现非高斯行为,一旦涨落子发生态改变,相位相干即丧失。高斯描述仅在超过阈值频率 $\omega_{th}$ 后才有效,此时两能级系统对涨落子态的统计分布作出响应。我们表明,通过调节磁场方向与栅极电势,沿“甜”线运行量子比特,可大幅增大该阈值频率下的退相位时间 $T_{2}(\omega_{th})$。然而,由于随机扰动哈密顿量的非对角项引起的退相位,$T_{2}(\omega_{th})$ 仍存在上限。我们的模拟揭示,自旋弛豫无法在两能级模型中干净地描述,因为与更高能空穴能级的耦合强烈影响了自旋退相干。该结果表明,要描述此类量子比特中的弛豫现象,有必要进行包含与声子耦合的多能级模拟。