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通过增强型锁存机制实现自旋量子比特的高保真度单点读出

发布:ultrafastlaser    |    2018-06-06 12:50    阅读:951
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一.背景介绍

量子比特保真度已经被广泛地研究,并且已经达到相对低的错误概率。即使对于一个纠错循环,容错阈值已经可以达到1%的量级,但单个部件的容错率要求更好(大约0.1%或更好)。自旋量子比特的状态可以使用自旋-电荷转换机制来测量,自旋-电荷转换机制利用Pauli自旋阻断将自旋态映射到电荷态,然后用电荷传感器读出。可达到的最小读出误差主要取决于两个时间尺度:一个是准确区分两个读出状态所需的时间,另一个是这些状态的寿命。前期的研究工作表明,可以使用亚稳电荷状态的映射来改善信号幅度,然而还存在以下关键问题:一是没有使用这种增强过程的实现过高保真度单点读出;二是,还没有证明信号的寿命是否也可以通过该电荷映射过程得到增强;三是限制亚稳状态寿命的机制仍不清楚。

二.实验介绍

文中实验是在稀释金属化器中的硅金属氧化物半导体量子点载体(QD-D)器件中进行的。该器件被电偏置以在上部导线中形成单电子晶体管(SET),其用作电荷传感器,以及在下导线中的几个电子的量子点,量子点不对称地偏置,使得它耦合到单个储层本文中。研究人员研究了影响增强锁存读出机制的两种变量、量化单点读出的保真度增强、并澄清一些重要的误差机制。首先,文中方法可使自旋态被映射成不同电子的电荷构型,与由传统读出产生的小偶极子相比,产生了更高的电荷信号,更容易被电荷传感器检测到。其次,闩锁行为通过改变自旋弛豫机制到亚稳态电荷弛豫状态,可将电荷信号的寿命延长几个数量级。闩锁机制对于GaAs等材料作用尤其明显,其自旋阻挡寿命约为10μs。使用本文方法实验实现了65μs内大于99.86%的读出保真度,为目前报道的最高值。另外,本文讨论结果可应用于能应用闩锁机制的全交换量子比特系统。

 

图1.实验装置示意图

 

来源: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021046

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