交换耦合施主电子自旋量子比特中纠缠双量子比特逻辑操作的层析
量子物理
2025-09-19 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
可扩展量子处理器需要在可制造的物理平台上实现高保真度通用量子逻辑操作。硅中的施主具有原子尺度、优异的量子相干性以及与标准半导体工艺的兼容性，但迄今为止尚未演示施主束缚电子自旋之间的纠缠。在此，我们展示了一个由两个弱交换耦合电子组成的系统中通用 1 比特与 2 比特门的实验演示与层析，这两个电子束缚于通过离子注入引入硅中的单个磷施主。我们惊讶地观察到交换相互作用对量子比特相干性无影响。我们利用门集层析（GST）量化量子操作的保真度，并使用该通用门集制备电子自旋的纠缠 Bell 态，保真度约 93%，并发度 0.91 ± 0.08。这些结果构成了扩展施主基量子计算机的必要基础。
引用
@article{arxiv.2309.15463,
title = {Tomography of entangling two-qubit logic operations in exchange-coupled donor electron spin qubits},
author = {Holly G. Stemp and Serwan Asaad and Mark R. van Blankenstein and Arjen Vaartjes and Mark A. I. Johnson and Mateusz T. Mądzik and Amber J. A. Heskes and Hannes R. Firgau and Rocky Y. Su and Chih Hwan Yang and Arne Laucht and Corey I. Ostrove and Kenneth M. Rudinger and Kevin Young and Robin Blume-Kohout and Fay E. Hudson and Andrew S. Dzurak and Kohei M. Itoh and Alexander M. Jakob and Brett C. Johnson and David N. Jamieson and Andrea Morello},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.15463},
year = {2025}
}