硅中施主量子比特的超交换耦合
介观与纳米尺度物理
2023-09-04 v1
摘要
在固态材料中进行原子级工程有潜力赋予宿主材料以新奇现象。基于 STM 的光刻技术已能够在硅的选择性晶格位点上以原子精度放置单个磷原子。在此，我们展示通过将四个磷施主以与相邻施主相距 10-15 nm 的间距排成一条线性链，可以在该链两端掺杂原子之间实现相干自旋耦合，类似于磁性材料中的超交换相互作用。由于磷原子是硅量子计算机极具前景的构建单元，这使得其束缚电子之间能够超越最近邻实现自旋耦合，从而允许量子比特以 30-45 nm 的间距分布。这种长程耦合所带来的架构灵活性不仅降低了门密度，还能减少来自局域噪声源的量子比特间相关性噪声，而此类噪声对纠错码有害。我们的计算基于原子级紧束缚基组下的全组态相互作用技术，在百万个硅原子的域上精确求解了四电子问题。计算表明，超交换可通过栅极电压进行电学调控，且其对电荷噪声和施主放置误差较不敏感。
引用
@article{arxiv.2309.00276,
title = {Superexchange coupling of donor qubits in silicon},
author = {Mushita M. Munia and Serajum Monir and Edyta N. Osika and Michelle Y. Simmons and Rajib Rahman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.00276},
year = {2023}
}