高保真空穴自旋量子比特揭示同位素纯化平面锗中的四极核库动力学

平面锗已经成为构建自旋基大规模量子计算机的一个有希望的平台。通过利用锗中空穴的各向异性超精细相互作用,近期已经实现了具有长 T₂* 时间的量子比特。尽管单量子比特的性能仍然或多或少地受到 ⁷³Ge 核自旋涨落的限制,但量子比特甜点在不同位置的变化成为保持整个晶圆上每个量子比特高保真度的障碍。因此,为了实现高性能的锗基量子电路,必须消除超精细噪声的根源。在硅基对应物中,降低²⁹Si 的丰度使得能够实现卓越的高保真度操作。相比之下,基于同位素纯化锗的空穴量子比特尚未得到验证。在此,该团队报告了使用富集 ⁷⁰GeH₄ 前驱体合成的高质量二维空穴气(2DHG)。由于抑制了非零自旋原子核,量子比特在甜点处的 T₂* 时间适度延长至超过 20 微秒,超越了此前报道的最佳 Ge 空穴量子比特。更重要的是,量子比特在甜点之外的 T₂* 时间提升至超过 3 微秒,使得在两种操作模式下单量子比特门保真度均超过 99.9%。Hahn 回波光谱进一步解析出一个有限频率的核噪声通道,该通道不同于传统的拉莫尔关联的超精细响应。该研究将该通道归因于残留的 ⁷³Ge 原子核的四极矩修正动力学,这些原子核在 Ge/SiGe 界面附近采样局部电场梯度。其场标度关系和角度依赖性可见性与一个通过 Ge 空穴的各向异性超精细相互作用的量子比特可见四极核噪声分量一致。这些结果确立了同位素纯化平面 Ge 作为空穴自旋量子比特的高相干性可扩展平台,并提供了一种探测界面四极核动力学的光谱学方法。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-06-27 02:32

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