مقاله مدل‌سازی اولیه کیوبیت‌های کوانتومی: کوپلینگ، دینامیک گیت و استحکام در برابر نویز شارژ

چکیده

Electron spins in semiconductor devices are highly promising building blocks for quantum processors (QPs). Commercial semiconductor foundries can create QPs using the same processes employed for conventional chips, once the QP design is suitably specified. There is a vast accessible design space; to identify the most promising options for fabrication, one requires predictive modeling of interacting electrons in real geometries and complex non-ideal environments. In this work we explore a modelling method based on real-space grids, an ab initio approach without assumptions relating to device topology and therefore with wide applicability. Given an electrode geometry, we determine the exchange coupling between quantum dot qubits, and model the full evolution of a $\sqrt{\text{SWAP}}$ gate to predict qubit loss and infidelity rates for various voltage profiles. Moreover we explore the impact of unwanted charge defects (static and dynamic) in the environment, and test robust pulse sequences. As an example we exhibit a sequence correcting both systematic errors and (unknown) charge defects, observing an order of magnitude boost in fidelity. The technique can thus identify the most promising device designs for fabrication, as well as bespoke control sequences for each such device.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

چرخش الکترونی در دستگاههای نیمه هادی بلوک های ساختمانی بسیار امیدوار کننده برای پردازنده های کوانتومی (QPS) است.ریخته گری های نیمه هادی تجاری می توانند QP ها را با استفاده از همان فرآیندهای استفاده شده برای تراشه های معمولی ایجاد کنند ، پس از مشخص شدن طراحی QP.یک فضای طراحی گسترده در دسترس وجود دارد.برای شناسایی امیدوار کننده ترین گزینه ها برای ساخت ، نیاز به مدل سازی پیش بینی کننده الکترون های متقابل در هندسه های واقعی و محیط های پیچیده غیر ایده آل است.در این کار ما یک روش مدل سازی را بر اساس شبکه های فضای واقعی کشف می کنیم ، یک رویکرد AB Initio بدون فرضیات مربوط به توپولوژی دستگاه و بنابراین با کاربرد گسترده.با توجه به هندسه الکترود ، ما جفت ارز بین qubits نقطه کوانتومی را تعیین می کنیم ، و تکامل کامل یک $ \ sqrt {\ text {swap}} $ دروازه را برای پیش بینی از دست دادن quit و نرخ کافر برای پروفایل های مختلف ولتاژ مدل می کنیم.علاوه بر این ، ما تأثیر نقص بار ناخواسته (استاتیک و پویا) در محیط را بررسی می کنیم و توالی پالس قوی را آزمایش می کنیم.به عنوان نمونه ، ما دنباله ای را تصحیح می کنیم که هر دو خطای سیستماتیک و نقص بار (ناشناخته) را تصحیح می کنیم ، با مشاهده ترتیب افزایش بزرگی در وفاداری.بنابراین این تکنیک می تواند امیدوار کننده ترین طرح های دستگاه برای ساخت و همچنین توالی کنترل کنترل برای هر دستگاه چنین را مشخص کند.