纯单态常开无隙交换 (SAGE) 自旋量子比特：电荷噪声效应与双量子比特门
介观与纳米尺度物理
2026-04-20 v1 量子物理
摘要
纯单态常开无隙交换 (SAGE) 自旋量子比特是一种替代性的仅交换 (EO) 量子比特，它将单个量子比特编码在位于四个隧道耦合量子点中的四个电子自旋上。传统的仅交换量子比特易受由局部核环境和 g 因子变化引起的局部磁场梯度的影响，而 SAGE 量子比特子空间凭借纯单态编码（在磁场梯度下保持不变）和常开交换耦合（提供能量泄漏保护），固有地免受磁场梯度诱导的泡利误差影响。然而，常开操作同时增加了量子比特对电荷噪声的敏感性。在此，我们从描述耦合量子点底层电子结构的 Hubbard 模型出发，表征了 SAGE 量子比特在存在 1/f 电荷噪声（该噪声引起点化学势和点间隧道耦合的涨落）时的性能。我们计算了 SAGE 空闲相干时间，并表明对于实验相关的电荷噪声强度，可以使用现实的类 CPMG 脉冲序列来显著延长 SAGE 单量子比特相干时间。我们同样研究了在电荷和磁噪声存在下 SAGE 双量子比特门的保真度，并再次提出了一种简单的重聚焦策略来减轻噪声，同时增加纠缠脉冲的斜坡时间可抑制向非计算态的泄漏。
引用
@article{arxiv.2604.15419,
title = {Singlet-only always-on gapless exchange (SAGE) spin qubits: Charge noise effects and two-qubit gates},
author = {Nathan L. Foulk and Katharina Laubscher and Silas Hoffman and Sankar Das Sarma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.15419},
year = {2026}
}