Feedforward control of electron spin qubits in quantum dots

量子点中电子自旋量子位的前馈控制

• 批准号: 18H01819
• 负责人: 中島 峻
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18H01819/
• 关键词: 量子ドット; 電子スピン; 量子ビット; 量子コンピュータ; シリコン; 誤り訂正; 量子コヒーレンス

近年、従来型コンピュータの高速化が限界を迎えつつある中で、新しいパラダイムにより超高速計算を可能にする量子計算機の実現が切望されている。最近、特に集積化に有利とされるシリコン(Si)基板の量子ドットデバイスで高性能な電子スピン量子ビットが実現され、量子計算機実現に向けた機運が高まっている。しかしながら現実の量子ビットには必ずエラーが伴うため、このエラーを検出し訂正する回路の実現が必要である。本課題では、この量子エラー訂正回路を実装する上で必須とされるフィードフォワード制御技術の基盤を確立することを目標としている。2021年度は、従来のGaAsに比べて高性能なSi電子スピン量子ビットに適用できるよう改良したフィードバック制御システムを利用して、磁気雑音・電気雑音の抑制による位相コヒーレンスの改善及び、量子ビットのアクティブリセット（初期化）の実証実験を進めた。従来のGaAsでは核スピンに由来する極低周波の磁気雑音が支配的であったが、Siではこの効果が低減されることにより電気雑音の効果が相対的に大きい。また、特に２ビットゲート操作時に電気雑音の影響が顕著となることに着目し、フィードバック制御によって２ビット操作時のコヒーレンスを改善することを試みた。当初の狙い通りコヒーレンス時間の一定程度の改善を確認することができたが、その程度は試料の雑音特性や電圧条件に拠るところが大きいことがわかった。またアクティブリセットについても実験を完了し、プロトコルが正常に動作することを確認することができた。現在、これらの実験データの解析と取りまとめを進めている。

近年来，随着传统计算机的速度达到了极限，它希望实现一个量子计算器，该计算器可以通过新范式实现超高 - 速度计算。最近，已经实现了硅（SI）底物上具有量子点设备的高性能电子自旋量子位，这对于集成特别有利，并且已经实现了实现量子计算机的动量。但是，实际量子位总是有错误，因此有必要实现检测和纠正此错误的电路。此问题旨在建立饲料前控制技术的基础，这对于实施此量子误差校正电路至关重要。在2021财年中，使用改进的反馈控制系统，该系统可以与常规GAAS相比，可以应用于高性能的Si电子自旋量子位，从而通过抑制磁噪声和电噪声来改善相干性，并在量子位中进行活性重置（初始化）的实验是提前的。在常规的GAA中，源自核自旋的极低频率磁噪声是主要的，但是在SI中，通过降低这种效果，电噪声的效果相对较大。此外，我们专注于电噪声的影响，尤其是在操作两个标签门时，并试图通过反馈控制在2位操作时提高连贯性。相干时间的改善已在开始时预期确认，但发现该度主要基于样品的噪声特性和电压条件。该实验已完成了主动重置，并且可以确认该协议正常起作用。目前，我们正在分析和编译这些实验数据。

项目成果

Quantum non-demolition readout of an electron spin in silicon

• DOI: 10.1038/s41467-020-14818-8
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Nature Communications
• 影响因子: 16.6
• 作者: J. Yoneda;K. Takeda;A. Noiri;T. Nakajima;S. Li;J. Kamioka;T. Kodera;S. Tarucha

半導体スピン量子コンピュータとマイクロ波

半导体自旋量子计算机和微波

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Takeda;J. Yoneda;T. Otsuka;T. Nakajima;M. R. Delbecq;G. Allison;Y. Hoshi;N. Usami;K. M. Itoh;S. Oda;T. Kodera and S. Tarucha;Akito Noiri;武藤由依;中島峻
• 通讯作者: 中島峻

The University of Sydney(オーストラリア)

悉尼大学（澳大利亚）

Gate voltage dependence of noise distribution in radio-frequency reflectometry in gallium arsenide quantum dots

砷化镓量子点射频反射测量中噪声分布的栅极电压依赖性

• DOI: 10.35848/1882-0786/abe41f
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Shinozaki Motoya;Muto Yui;Kitada Takahito;Nakajima Takashi;Delbecq Matthieu R.;Yoneda Jun;Takeda Kenta;Noiri Akito;Ito Takumi;Ludwig Arne;Wieck Andreas D.;Tarucha Seigo;Otsuka Tomohiro
• 通讯作者: Otsuka Tomohiro

High-speed Manipulation of Si Qubits

Si 量子位的高速操控

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Takeda;J. Yoneda;T. Otsuka;T. Nakajima;M. R. Delbecq;G. Allison;Y. Hoshi;N. Usami;K. M. Itoh;S. Oda;T. Kodera and S. Tarucha;Akito Noiri;武藤由依;中島峻;中島 峻;小林 嵩;T. Nakajima;S. Tarucha
• 通讯作者: S. Tarucha