On-demand electrical control of spin qubits

量子位元 物理 旋转 泡利不相容原理 电子 自旋(空气动力学) 连贯性(哲学赌博策略) 量子点 量子力学 量子 凝聚态物理 纳米技术 材料科学 热力学
作者
Will Gilbert,Tuomo Tanttu,Wee Han Lim,MengKe Feng,Jonathan Y. Huang,Jesús D. Cifuentes,Santiago Serrano,Y. Philip,Ross C. C. Leon,Christopher C. Escott,Kohei M. Itoh,N. V. Abrosimov,Hans-Joachim Pohl,M. L. W. Thewalt,Fay E. Hudson,Andrea Morello,Arne Laucht,Chih Hwan Yang,André Saraiva,Andrew S. Dzurak
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:18 (2): 131-136 被引量:40
标识
DOI:10.1038/s41565-022-01280-4
摘要

Once called a ‘classically non-describable two-valuedness’ by Pauli, the electron spin forms a qubit that is naturally robust to electric fluctuations. Paradoxically, a common control strategy is the integration of micromagnets to enhance the coupling between spins and electric fields, which, in turn, hampers noise immunity and adds architectural complexity. Here we exploit a switchable interaction between spins and orbital motion of electrons in silicon quantum dots, without a micromagnet. The weak effects of relativistic spin–orbit interaction in silicon are enhanced, leading to a speed up in Rabi frequency by a factor of up to 650 by controlling the energy quantization of electrons in the nanostructure. Fast electrical control is demonstrated in multiple devices and electronic configurations. Using the electrical drive, we achieve a coherence time T2,Hahn ≈ 50 μs, fast single-qubit gates with Tπ/2 = 3 ns and gate fidelities of 99.93%, probed by randomized benchmarking. High-performance all-electrical control improves the prospects for scalable silicon quantum computing.
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