解决锗基约瑟夫森结中的安德烈夫自旋量子位

安德烈夫自旋量子比特(ASQ)是一种极具前景的量子信息处理平台,其结合了半导体自旋量子比特的小尺寸优势与超导量子比特的长程连通特性。虽然前沿实验已在砷化铟纳米线中实现了ASQ,但这些实现方案的相干时间受限于无法通过同位素纯化消除的核磁噪声。而在可实现同位素纯化的锗基约瑟夫森结中,实验虽已观测到安德烈夫态,但自旋分辨的安德烈夫态仍未被发现。本研究团队通过理论分析表明,约瑟夫森结的几何结构会导致量子比特频率低于典型实验温度阈值,从而使ASQ处于观测盲区。通过合理选择结区几何构型和底层锗材料的载流子浓度,该工作实现了ASQ的实验观测。该研究对原位与异位实验可控参数下ASQ频率的系统性分析,为锗基约瑟夫森结的设计提供了指导,为高相干性ASQ的实现奠定了基础。

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