高保真度翻转模式单自旋操作及点间轨道能级调节

量子点中快速自旋操控与长自旋相干时间是实现高保真度半导体自旋量子比特的关键特性。然而,由于这两个特性通常相互关联,如何同时优化它们尚未形成明确方案。因此,亟需开发一种不依赖材料强自旋轨道相互作用或局域磁场梯度(这些因素会限制可扩展性)、能通过同步调节拉比频率与相干时间来实现高保真度操作的方案。本研究展示了一种通过调节砷化镓三重量子点(TQD)内点间自旋轨道耦合实现高保真自旋控制的方法,其中第三个量子点可精确调控轨道能级。在具有优化隧道耦合的电稳定电荷态中,该研究团队通过精细调节TQD的量子点间轨道能级,实现了超过100 MHz的拉比频率,同时保持了相干性。通过采用基于机器学习的反馈控制技术(利用历史测量数据高效估算量子比特频率),该工作以最小测量开销表征并抑制了低频噪声对量子比特相干性的影响。最终,即使在电子自旋相干性通常受核自旋强超精细相互作用限制的砷化镓量子点器件中,研究人员通过随机基准测试实现了4纳秒门操作时间下99.7%的π/2门保真度。该方法通过利用器件特定参数而非材料特性或外场梯度,为半导体量子点阵列的高保真自旋控制提供了可扩展策略。

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