EPSRC-SFI: Developing a Quantum Bus for germanium hole based spin qubits on silicon

EPSRC-SFI:为硅上基于锗空穴的自旋量子位开发量子总线

基本信息

  • 批准号:
    EP/X039757/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 97.78万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Quantum computers promise to be one of the main technical advances of the forthcoming decades. Several theoretical works predict that with such a system it will be possible to operate algorithms which are expected to have a large impact on many industries such as: chemical, pharmaceutical, automotive, and financial services. This is confirmed in the latest McKinsey & Company report (Dec. 2021) where they also demonstrate a global exponential increase in investment in this research area and predict a market value of surpassing $700 billion by 2035. One of the main limitations for the realization of a quantum computer concerns the difficulty of performing multiple qubit operations. In this project we will address this fundamental issue. Our main objective will be to explore and implement new type of mesoscopic effects to mediate long distance qubit operations. To achieve this goal, we will fabricate state of the art nanoscale devices on very low disorder strained germanium semiconductor material, invented by the PI, and epitaxially grown on a standard silicon substrate. There are several proposed platforms for realising qubits, the basic units of quantum information processing used to perform quantum computation. Broadly they can be based on ion-traps, superconducting junctions, photonic circuits and semiconductor quantum dots, each of which can reach different clock speed, gate fidelity and measurement errors, crosstalk and connectivity. While there has been great scientific progress and proof-of-concept demonstrations on all platforms, the main challenge to produce high-fidelity multi-qubit operations in scalable architectures remains. We aim to research extended-range exchange interactions in spin-qubits in semiconductor quantum dots and based on the discoveries, propose a proof-of-concept demonstration of 2D qubit architecture design that allows for quantum error cancellation and correction. Achieving qubit manipulation with extended-range coupling schemes in a CMOS-compatible 2D network is a major scientific and technological breakthrough that will set the foundations for a disruptive scalable architecture towards a quantum processor with billions of qubits on a tiny silicon chip. We aim to develop and implement alternatives for implementing long distance two-qubit coupling by developing a Ge Quantum Bus based on exchange interactions. This approach makes use of the high speed associated with exchange processes, without the requirement to arrange quantum dots in direct contact and is therefore attractive for current semiconductor devices fabrication techniques. We will introduce a new paradigm for spin-based quantum computing by experimentally demonstrating long-range coupling using positively charged holes. The architectures envisioned here exploit the unique spin properties of holes and address many, if not all, of the challenges that spin qubits are facing, and provide a new platform too.Importantly, this proposal combines efforts from academy and industry. On one hand, we take advantages of some major advances on the strained germanium material research and development made by Prof. Myronov, the experimental expertise in qubits characterisation of Prof. Smith and the theorical support of Prof. Bose. On the other hand, devices will be fabricated by Tyndall National Institute. In addition, the project will be heavily supported by 2 UK industrial partners and 8 international academic research groups, which will also contribute towards qubit devices operation, characterization and interpretation of novel results. These capabilities uniquely position this consortium internationally as being ideally placed to perform the proposed research.
量子计算机有望成为未来几十年的主要技术进步之一。一些理论著作预测,有了这样一个系统,将有可能运行算法,预计将对许多行业产生重大影响,如:化学、制药、汽车和金融服务。麦肯锡公司的最新报告(2021年12月)也证实了这一点,他们还展示了全球对该研究领域的投资呈指数级增长,并预测到2035年市场价值将超过7000亿美元。实现量子计算机的主要限制之一是执行多个量子位运算的困难。在这个项目中,我们将解决这个基本问题。我们的主要目标将是探索和实现新型介观效应来介导长距离量子比特操作。为了实现这一目标,我们将在PI发明的非常低无序应变的锗半导体材料上制造最先进的纳米级器件,并在标准硅衬底上外延生长。量子比特是用于执行量子计算的量子信息处理的基本单位,目前有几个提议的实现量子比特的平台。从广义上讲,它们可以基于离子阱、超导结、光子电路和半导体量子点,每一种都可以达到不同的时钟速度、门保真度和测量误差、串扰和连通性。虽然在所有平台上都取得了巨大的科学进步和概念验证演示,但在可扩展架构中产生高保真多量子位操作的主要挑战仍然存在。我们的目标是研究半导体量子点中自旋量子比特的扩展范围交换相互作用,并基于这些发现,提出二维量子比特架构设计的概念验证演示,该设计允许量子误差抵消和校正。在cmos兼容的2D网络中,通过扩展范围耦合方案实现量子比特操作是一项重大的科学和技术突破,它将为在微小硅芯片上具有数十亿量子比特的量子处理器的颠覆性可扩展架构奠定基础。我们的目标是通过开发基于交换相互作用的Ge量子总线来开发和实现长距离双量子位耦合的替代方案。这种方法利用了与交换过程相关的高速,而不需要将量子点安排在直接接触中,因此对当前的半导体器件制造技术具有吸引力。我们将通过实验证明使用带正电的空穴进行远程耦合,为基于自旋的量子计算引入一种新的范例。这里设想的架构利用了空穴独特的自旋特性,解决了自旋量子比特面临的许多(如果不是全部的话)挑战,并提供了一个新的平台。重要的是,该提案结合了学术界和工业界的努力。一方面,我们利用了Myronov教授在应变锗材料研究和开发方面的一些重大进展,Smith教授在量子比特表征方面的实验专长以及Bose教授的理论支持。另一方面,设备将由廷德尔国家研究所制造。此外,该项目将得到2个英国工业合作伙伴和8个国际学术研究小组的大力支持,他们也将为量子比特设备的操作、表征和新结果的解释做出贡献。这些独特的能力使该联盟在国际上处于执行拟议研究的理想位置。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Maksym Myronov其他文献

Study of HfO_2/Si/Strained-Ge/SiGe Using Angle Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy
角分辨X射线光电子能谱研究HfO_2/Si/应变Ge/SiGe
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Arata Komatsu;Kentarou Nasu;Yusuke Hoshi;Toru Kurebayashi;Kentarou Sawano;Maksym Myronov;Hiroshi Nohira;Yasuhiro Shiraki
  • 通讯作者:
    Yasuhiro Shiraki
エピタキシャルGe上直接ALDによるAl2O3/Ge界面特性向上
通过外延 Ge 直接 ALD 改善 Al2O3/Ge 界面性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    池上 和彦;佐藤 慶次郎;澤田 浩介;Maksym Myronov;野平 博司;澤野 憲太郎
  • 通讯作者:
    澤野 憲太郎
Synthesis of metal nanoparticle-organic dye aggregate complex for enhancement of two-photon-excited fluorescence generation(1PB31)
增强双光子激发荧光产生的金属纳米颗粒-有机染料聚集体复合物的合成(1PB31)
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Arata Komatsu;Kentarou Nasu;Yusuke Hoshi;Toru Kurebayashi;Kentarou Sawano;Maksym Myronov;Hiroshi Nohira;Yasuhiro Shiraki;山本葵果,飯村兼一,加藤徳剛,仙波晴之
  • 通讯作者:
    山本葵果,飯村兼一,加藤徳剛,仙波晴之
Dynamical Characteristics of a Coherent Longitudinal Optical Phonon in a GaAs Buffer Layer Optically Covered with a GaSb Top Epitaxial Layer Investigated with Use of Terahertz Spectroscopy
使用太赫兹光谱研究光学覆盖 GaSb 顶部外延层的 GaAs 缓冲层中相干纵向光学声子的动态特性
  • DOI:
    10.1063/1.4772529
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Arata Komatsu;Kentarou Nasu;Yusuke Hoshi;Toru Kurebayashi;Kentarou Sawano;Maksym Myronov;Hiroshi Nohira;Yasuhiro Shiraki;山本葵果,飯村兼一,加藤徳剛,仙波晴之;Masashi Tanimoto;Hideo Takeuchi
  • 通讯作者:
    Hideo Takeuchi
In–situ strain control in epitaxial silicon carbide compound semiconductor
外延碳化硅化合物半导体中的原位应变控制
  • DOI:
    10.1038/s41598-024-80810-7
  • 发表时间:
    2024-12-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.900
  • 作者:
    Behzad Jazizadeh;Maksym Myronov
  • 通讯作者:
    Maksym Myronov

Maksym Myronov的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

致病疫霉RxLR效应蛋白SFI7抑制马铃薯ETI免疫反应的分子机制研究
  • 批准号:
    31800134
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
马铃薯致病疫霉RXLR效应蛋白SFI5在抑制番茄MTI早期反应中分子机制的研究
  • 批准号:
    31701862
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
黔北农村留守学龄儿童意外伤害特征及SFI干预模式研究
  • 批准号:
    81160350
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    53.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
Sfi1p蛋白在面包酵母SPB复制及SPB相关细胞过程中的作用研究
  • 批准号:
    30771108
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    27.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

EPSRC-SFI: Developing a Quantum Bus for germanium hole-based spin qubits on silicon (GeQuantumBus)
EPSRC-SFI:为硅上基于锗空穴的自旋量子位开发量子总线 (GeQuantumBus)
  • 批准号:
    EP/X039889/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
EPSRC-SFI: Developing a Quantum Bus for germanium hole based spin qubits on silicon (Quantum Bus)
EPSRC-SFI:为硅上基于锗空穴的自旋量子位开发量子总线(量子总线)
  • 批准号:
    EP/X040380/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
EPSRC-SFI: Supercoiling-driven gene control in synthetic DNA circuits
EPSRC-SFI:合成 DNA 电路中超螺旋驱动的基因控制
  • 批准号:
    EP/V027395/2
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
EPSRC-SFI Aluminium-Rich Nitride Electronics (ARNE)
EPSRC-SFI 富铝氮化物电子器件 (ARNE)
  • 批准号:
    EP/X036901/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
EPSRC & SFI CDT in Sustainable Chemistry - Year 1
电力系统研究委员会
  • 批准号:
    2888667
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Studentship
EPSRC & SFI CDT in Sustainable Chemistry - Year 1
电力系统研究委员会
  • 批准号:
    2888844
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Studentship
EPSRC-SFI: "CFT and Gravity: Heavy States and Black Holes"
EPSRC-SFI:“CFT 和重力:重态和黑洞”
  • 批准号:
    EP/W019663/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
EPSRC-SFI: Krylov subspace methods for non-symmetric PDE problems: a deeper understanding and faster convergence
EPSRC-SFI:非对称 PDE 问题的 Krylov 子空间方法:更深入的理解和更快的收敛
  • 批准号:
    EP/W035561/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
EPSRC & SFI CDT in Sustainable Chemistry - Year 1
电力系统研究委员会
  • 批准号:
    2888671
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Studentship
EPSRC & SFI CDT in Sustainable Chemistry - Year 1
电力系统研究委员会
  • 批准号:
    2888782
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 97.78万
  • 项目类别:
    Studentship
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了