反铁磁性自旋簇的量子计算

我们表明，广泛的自旋簇具有反铁磁性簇内交换相互作用，可用于定义量子比特。对于这些自旋簇量子比特，初始化、量子门操作和读出均可采用与单个自旋相同的技术实现。自旋簇量子比特的量子门操作无需控制簇内交换相互作用。实现量子门所需的电场和磁场仅需在自旋簇尺度上进行控制，而无需像单个自旋那样进行精细控制。我们计算了分离逻辑量子比特态与下一个激发态之间的能隙，以及决定量子门操作时间的矩阵元。我们讨论了由s=1/2自旋的一维和二维阵列以及由s>1/2自旋组成的簇。我们阐述了自旋簇量子比特在各种自旋量子比特实现方案中的优势，并分析了脱相干时间随自旋簇规模的变化。