arXiv:2007.09034v1 [cond-mat.mes-hall] 2020 年 7 月 17 日__

arXiv:2007.09034v1 [cond-mat.mes-hall] 2020 年 7 月 17 日

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arXiv:2007.09034v1 [cond-mat.mes-hall] 2020 年 7 月 17 日

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量子点中的自旋量子比特为可扩展量子信息提供了一个颇具吸引力的平台，因为它们与半导体制造兼容 [1, 2]、具有长相干时间 [3]，并且能够在超过 1 开尔文的温度下工作 [4, 5]。量子比特逻辑可以通过脉冲交换相互作用 [6–8] 或通过驱动旋转 [9–12] 来实现。在本文中，我们表明，这些方法可以组合起来，在单个设备中执行大量本机双量子比特门，从而减少执行量子算法的操作开销。我们展示了在高于 1 开尔文的温度下，单量子比特旋转以及双量子比特门 CROT、CPHASE 和 SWAP。此外，我们实现了绝热、非绝热和复合序列，以优化量子比特控制保真度和门时间。我们发现可以在 67 纳秒内执行的双量子比特门，通过理论分析实验噪声源，我们预测保真度将超过 99%。这有望使用可嵌入量子集成电路经典电子器件的量子硬件实现容错操作。双量子比特门是量子信息科学的核心，因为它们可用于创建复杂度超出经典模拟范围的纠缠态 [13]，并最终可实现实际相关的量子算法 [14]。因此，优化双量子比特门是所有量子比特平台的核心方面 [15]。在量子点系统中，可以利用相邻量子点中自旋量子比特之间的交换相互作用自然地实现双量子比特门 [1]。当交换能量远大于量子比特的塞曼能量差时，脉冲相互作用会驱动 SWAP 振荡 [1, 6]，而当塞曼能量差远大于交换能量时，则会导致 CPHASE 振荡 [16]。还需要实现单量子比特门来访问完整的两量子比特希尔伯特空间，这需要量子比特之间的可区分性。这通常是通过自旋轨道耦合 [3] 或集成纳米磁体 [17, 18] 来实现的，从而产生显著的塞曼能量差。在这种情况下实现高保真 SWAP 门需要极大的

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