硅中供体簇阵列的可扩展自旋量子比特架构

硅供体中的自旋量子比特因其长相干时间和半导体兼容性，为量子计算提供了一个极具前景的平台。然而，在传统单供体架构中，频率拥挤、串扰以及供体位置的高精度容差要求，从根本上对硅中基于供体的自旋量子比特的扩展构成了挑战。为克服这一难题，我们引入了一种基于磷供体簇二维阵列的范式，其中多个供体共享一个束缚电子。每个簇内天然的超精细分布使得电子自旋和核自旋能够被单独寻址，而簇之间可调的交换相互作用则介导了局部的全连接性。我们提出了一种通用控制协议，在簇内和簇间多量子比特操作中均实现了超过 99% 的门保真度，并有效抑制了串扰。该架构原生支持高效的量子纠错，包括利用自旋量子比特内禀噪声偏置的偏置定制码。此外，其模块化设计兼容通过电子穿梭进行长程耦合，以实现大规模集成。这种供体簇阵列架构为硅中可扩展的容错量子计算确立了一条鲁棒且硬件高效的路径。