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。

In recent years, 従 to コ ン ピ ュ ー タ high speed の が limit を meet え つ つ あ る で, new し い パ ラ ダ イ ム に よ り ultra-high speed calculation を could に す る quantum computer の be が now eager さ れ て い る. Recently, especially に set product に favorable と さ れ る シ リ コ ン (Si) substrates の quantum ド ッ ト デ バ イ ス で high-performance な electronic ス ピ ン quantum ビ ッ ト が be presently さ れ, quantum computers be am に to け た が high chance ま っ て い る. し か し な が ら now be の quantum ビ ッ ト に は will ず エ ラ ー が with う た め, こ の エ ラ ー を 検 out し correction す る loop の be が now necessary で あ る. This topic で は, こ の quantum エ ラ を ー correction circuit be loaded す る で must と さ れ る フ ィ ー ド フ ォ ワ ー ド の suppression technology base plate を establish す る こ と を target と し て い る. 2021 annual は, 従 to の GaAs に than べ て high-performance な Si electronic ス ピ ン quantum ビ ッ ト に applicable で き る よ う improved し た フ ィ ー ド バ ッ ク suppression シ ス テ ム を using し て, magnetic 気 雑 sound, electric 気 雑 sound の inhibit に よ る phase コ ヒ ー レ ン ス の improvement and び, quantum ビ ッ ト の ア ク テ ィ ブ リ セ ッ ト (early) の be card be 験 Youdaoplaceholder0 into めた. 従 to の GaAs で は nuclear ス ピ ン に origin す る extremely low frequency magnetic の 気 雑 sound が dominate で あ っ た が, Si で は こ の unseen fruit が low cut さ れ る こ と に よ り electric 気 雑 sound の unseen fruit が phase of seaborne に big き い. ま た, に 2 ビ ッ ト ゲ ー ト operation に electric 気 雑 sound の influence が 顕 the と な る こ と に mesh し, フ ィ ー ド バ ッ ク suppression に よ っ て 2 ビ ッ ト operation is の コ ヒ ー レ ン ス を improve す る こ と を try み た. Original の previously い tong り コ ヒ ー レ ン ス time の の certain level improve を confirm す る こ と が で き た が, そ の degree は sample の 雑 sound features や 圧 conditions に 拠 る と こ ろ が big 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 be 験 を finished し, プ ロ ト コ ル が normal に action す る こ と を confirm す る こ と が で き た. Now, <s:1> れら <s:1> experiment デ タ タ タ <s:1> analysis と take れら まとめを into めて る る る.

项目成果

The University of Sydney(オーストラリア)

悉尼大学（澳大利亚）

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

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

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