面向量子点器件中空穴自旋量子比特的计算机辅助设计

可扩展量子计算机的设计将受益于考虑量子比特器件设计与布局的量子比特性能预测模型。该方法近来已被用于超导量子比特，但在半导体自旋量子比特中鲜受关注。本文采用器件模型与价带量子力学态模型，从理论上研究近期备受关注的 IV 族材料横向门控量子点中空穴自旋量子比特的性质。我们发现器件设计以出乎意料的方式影响量子比特性质。首先，相干时间长且可快速操控的最优工作点的出现，不仅源于栅压引起的 Rashba 系数变化，也源于真实器件中栅压引起的量子点半径变化，即便反演对称性保持（Rashba 耦合为零）时也会影响 g 因子。其次，在所考虑的器件设计中，真实非谐势下的量子比特电操控比谐势假设高一个数量级，因为量子比特的横向电偶极矩依赖于与众多激发态的电介导耦合。最后，我们表明在单空穴区中，无论有无应变，均可实现与长相干时间兼容的快速电驱动。这些结果确立了为支持自旋量子比特器件设计而对器件与量子力学态进行真实描述的必要性，并指出了调控空穴量子比特性质的新途径。