锗中施主束缚电子自旋的单量子比特与双量子比特操作理论
介观与纳米尺度物理
2017-01-11 v1 量子物理
摘要
在锗纳米尺度晶体管中利用自旋进行量子计算的可能性最近引起了关注，因为它有望实现高度可调且具有令人鼓舞的相干时间的量子比特。我们在此首次给出 Ge 施主电子轨道态的完整理论，并利用该理论证明，在实现基于施主的量子处理器架构方面，Ge 可能比硅具有显著优势。我们表明，Ge 施主更强的自旋-轨道相互作用和更大的电子施主波函数，使得单量子比特能量的可调性比 Si 晶体中的更大，从而能够大幅加速选择性（局域）量子门。此外，相邻施主量子比特之间的交换耦合在 Ge 中被证明比在 Si 中大得多，我们表明这极大地放宽了实现稳健双量子比特门所需的施主放置精度。为此，我们比较了 Ge:P 和 Si:P 对耦合的两种统计分布，对应于实际的施主注入错位，发现 Ge:P 中的自旋耦合有 33% 的概率处于最大耦合的一个数量级之内，而 Si:P 施主仅为 10%。这使得在 Ge 中利用施主实现快速、并行且稳健的量子计算架构成为可能。
引用
@article{arxiv.1605.07831,
title = {Theory of single and two-qubit operations with donor-bound electron spins in germanium},
author = {Giuseppe Pica and Brendon W. Lovett},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.07831},
year = {2017}
}