量子物理学：半導体量子ドットのハイブリッドキュービットにおける量子制御とプロセストモグラフィー

ゲート制御する量子ドットと最近のマイクロエレクトロニクスのトランジスターでは、その作製技術、物理的構造、操作電圧のスケールが類似しており、半導体量子ドットを用いた量子ビット（キュービット）の開発が大きな関心を呼んでいる。量子ドットのスピンキュービットでは長いコヒーレンス時間が実現されているが、量子ドットの操作には、因数分解など将来の重要な応用で望まれるよりも時間がかかることが多い。さらに、キュービットができるかぎり単純なほど、拡張性と製造可能性が高くなる。これまでの研究では、集積したマイクロ磁性体、核スピンの動的ポンピング、第三のドットの追加を利用して、スピンキュービットの回転速度が高められた。今回我々はスピン–電荷ハイブリッド型キュービットを実証する。これは簡単で、原子核状態の準備とマイクロ磁性体のどちらも必要としない。これまでの二重ドットキュービットとは異なり、このハイブリッドキュービットはブロッホ球の2つの軸の周りを高速で回転させることができる。我々はブロッホ球上における完全な制御を実証し、π回転時間は2つの直交軸方向において100ピコ秒以下であった。これは、他のいかなる二重ドットキュービットの場合よりも1桁以上速い。この速度はキュービットの電荷型の特性から生じ、そのスピン型の特徴から、広範囲のゲート電圧にわたるデコヒーレンスへの耐性が生じる。我々は、電気的に制御した半導体量子ドットキュービットの完全なプロセストモグラフィーを行い、X回転（キュービット状態間の遷移）に対して85％、Z回転（キュービット状態間の位相の蓄積）に対して94％という高い忠実度を得た。

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