在天然硅基平台上利用空穴实现精密高速量子逻辑
介观与纳米尺度物理
2025-08-04 v1
摘要
栅极定义量子点中的硅自旋量子比特利用了成熟的半导体基础设施，并为变革性量子技术提供了一条可扩展的路径。硅中的空穴自旋提供了紧凑的全电控制，同时保留了量子点量子比特架构的所有显著特征。然而，由于对无序的敏感性增加和更复杂的自旋物理，硅空穴自旋量子比特不如电子自旋量子比特先进。在此，我们展示了高达 99.8% 的单量子比特门保真度和 240 的双量子比特门品质因数，表明物理保真度极限为 99.7%。这些结果代表了迄今为止在天然硅中报道的最高性能，这得益于快速量子比特控制、交换脉冲和工业级制造。值得注意的是，我们在一个与用于高度可重复、高保真度电子自旋量子比特的设备几乎相同的设备上实现了这些结果。未来通过同位素纯化和器件级优化，我们的空穴自旋量子比特有望为量子 CMOS 架构开启一个新的运行机制。
引用
@article{arxiv.2508.00446,
title = {Precision high-speed quantum logic with holes on a natural silicon foundry platform},
author = {Isaac Vorreiter and Jonathan Y. Huang and Scott D. Liles and Joe Hillier and Ruoyu Li and Bart Raes and Stefan Kubicek and Julien Jussot and Sofie Beyne and Clement Godfrin and Sugandha Sharma and Danny Wan and Nard Dumoulin Stuyck and Will Gilbert and Chih Hwan Yang and Andrew S. Dzurak and Kristiaan De Greve and Alexander R. Hamilton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.00446},
year = {2025}
}