硅中施主自旋量子比特超精细相互作用的应变及电场调控

超精细相互作用的控制是基于硅中浅施主量子计算架构方案的基本要求。然而，目前缺乏一种包含中心胞修正和施主势的非静态屏蔽关键效应、并能在真实尺寸器件中描述存在应变和电场时的超精细相互作用的原子论方法。我们建立并应用了一个基于原子紧束缚理论的理论框架，以定量确定施主的应变和电场依赖的超精细耦合。我们的方法可扩展至数百万个原子，且能以 DFT 方法的精度水平捕获应变效应。与现有实验数据集的出色一致性使得能够可靠地研究基于纯应变以及混合（应变+场）量子比特控制的多量子比特架构的设计空间。通过证明基于 (001) 压缩应变和面内 (100 或 010) 场的量子比特混合控制对所有四种考虑的施主物种（P、As、Sb 和 Bi）均产生更高的门保真度和/或更快的门操作，揭示了应变的益处。在应变环境中不同施主物种之间的比较进一步突出了超精细位移的趋势，提供了不存在实验数据处的预测。虽然对于 P、As 和 Sb 施主，利用面内场可实现更快的门操作，但仅对于 Bi 施主，我们的计算预测在存在面内和面外场的情况下具有更快的门响应，从而真正受益于所提出的超精细相互作用的平面场控制机制。