ＭＯＳ構造デバイスによるシリコン電子スピン量子ビット実現へ向けた研究

使用MOS结构器件实现硅电子自旋量子位的研究

基本信息

批准号：
13J07182
负责人：
堀部浩介
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

シリコン量子ドットデバイスを作製して、電子スピン量子ビットへ向けた研究を行ってきた。本年度の成果については、電子スピン量子ビットにおいて重要な課題であるバックアクション（量子ビット測定時の意図しない量子状態破壊）について実験および理論的に評価を行い、バックアクションを抑制する方法を明らかにした。具体的には、量子ビットの測定に用いられる電荷センサの影響により意図しない量子ドット内電子励起を実験的に観測し、このバックアクションの評価を行った。また、この結果についてレート方程式などを用いた理論式でフィッティングを行い、バックアクションの強さを評価した。それにより、電荷センサに流れる電流値を小さくすることによって、バックアクションを抑制できることがわかった。この方法を用いることにより、電子スピン量子ビットにおけるバックアクションの問題を解決されることが期待される。成果についてはApplied Physics Letters誌に投稿し採択され出版された[Appl. Phys. Lett. 106, 053119 (2015)]。また、少数電子占有状態のシリコン２重結合量子ドットにおいて、交換相互作用を用いた電子スピン量子ビットの実現に必須である結合量子ドット間トンネル結合制御の実験を行った。物理的パターン形成によるシリコン量子ドット構造ではトンネル結合が量子ドットパターンの形状に大きく依存するが、トップゲート電圧を変調することによりこのトンネル結合の変調を行うことに成功した。この結果は、物理的パターン形成によるシリコン量子ドット構造が交換相互作用を用いた電子スピン量子ビット操作に適用できることを示すものである。この結果に関しても、Applied Physics Letters誌に投稿し採択され出版された[Appl. Phys. Lett. 106, 083111 (2015)]。

硅量子点设备已被制造并研究到电子自旋量子位。关于今年的结果，我们进行了反作用的实验和理论评估（量子测量过程中意外的量子状态破坏），这是电子自旋量子的重要问题，并揭示了如何抑制背部动作。具体而言，由于用于测量量子位的电荷传感器的影响，通过实验观察到量子点中的意外电子激发，并评估了这种背部作用。此外，使用速率方程式等理论方程式进行拟合，以评估背部动作的强度。已经发现，可以通过降低流过电荷传感器的电流值来抑制反向动作。使用此方法，有望解决电子自旋Qubits中的反作用问题。结果已提交给采用和发表的应用物理信函[Appl。物理。 Lett。 106，053119（2015）]。此外，在耦合的量子点之间对隧道耦合控制进行了实验，这对于使用交换相互作用实现电子自旋矩阵至关重要，在硅双键量子点中，在少数电子占用状态下。在使用物理模式形成的硅量子点结构中，隧道耦合在很大程度上取决于量子点模式的形状，但是通过调节顶门电压，该隧道耦合已成功调节。该结果表明，由于物理模式而引起的硅量子点结构可以使用交换相互作用应用于电子自旋量子置换式操作。该结果还提交给通过并发布的杂志应用物理信函[应用。物理。 Lett。 106，083111（2015）]。