ナノスケール材料：ゲルマニウムでの正孔による高速の2キュービット論理

普遍的な量子情報処理では、単一キュービット論理と2キュービット論理を実行する必要がある。実現されている全てのキュービットの中では、量子ドットのスピンキュービットが量子計算のための中心的な構成要素となる可能性が非常に高い。ガリウムヒ素では優れた量子ドット制御を実現でき、シリコンでは忠実度の高いキュービット回転と2キュービット論理が実証されているが、局所制御を実装した普遍的な量子論理はまだ実証されていない。今回我々は、ゲルマニウムの正孔量子ドットを使ってこうした望ましい側面を全て組み合わせることで、この一歩を踏み出した。無秩序性が極めて低い量子井戸を利用することによってトンネル結合と離調の良好な制御が得られ、これにより、電荷対称点でのキュービット性能を高める動作が可能になった。また、スピン–軌道結合によって、各キュービットの近くの微細な素子が必要でなくなり、100 MHzを超える駆動周波数での高速キュービット制御が可能になった。我々は、忠実度が99.3％でゲート時間が20 nsの単一キュービットゲートと、75 ns内で実行される2キュービット論理演算からなる、普遍的な高速量子ゲート一式を実証する。このように、平面ゲルマニウムは1年たたないうちに、量子ドットのホストとなり得る材料から2キュービット論理が可能なプラットフォームへと成熟しており、量子情報用途に用いる優れた材料としての地位を築いている。

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