シリコンの3キビットドナー量子プロセッサの精密トモグラフィー

科学分野:

• 量子コンピューティングと情報処理
• 固体量子システム
• 核スピン物理学

背景:

• 原子核のスピンは 特殊な量子コヘランスと 量子情報処理の 原子スケールの足跡を提供します
• 量子コンピューティングのための核量子ビットの完全な可能性を実現することは,スケーラブルなリンク方法と高信頼性のマルチ量子ビット操作の欠如によって妨げられています.

研究 の 目的:

• シリコンナノ電子装置内の核スピンに関する普遍的な量子論理演算を実証する.
• 核量子ビットと 電子スピンの間の 高精度な絡み合いを 達成するためです
• シリコンのドナースピンを用いてスケーラブルな量子情報処理の実行可能な経路を確立する.

主な方法:

• シリコンナノ電子装置に 31Pドナー核を挿入した.
• 共有された電子スピンに与えられた幾何学的相を通じた核の2キビット制御Zゲートを実装した.
• 量子操作の正確な特徴づけのためにゲートセットトモグラフィー (GST) を採用した.

主要な成果:

• 核量子ビット間のエンタグリングされたベル状態で最大94.2%のフィデリティを達成した.
• 取得した高平均ゲートフィデリティ: 1 キビット操作では最高99.95 2%, 2 キビット操作では最高99.37 11%.
• 2つの原子核と共有電子の絡み合いを示す92.5%の信頼性を持つ3量子ビットのグリーンベルガー-ホーン-ゼイリンガー状態を示した.

結論:

• シリコンの核スピンは 欠陥耐性量子プロセッサに必要な性能に近づいています
• 証明された高精度オペレーションとエンタグリングは,スケーラブルな量子情報処理のための実行可能な経路を確立します.
• 電子スピン量子ビットを他の電子と結合したり,物理的にシャトルしたりすることで,このアプローチのスケーラビリティがさらに向上します.