Декогерентизация спінових кубітів в сверхчистом кремнії

Для того щоб спінові стани донорних електронів у кремнії можна було використовувати в якості базисних станів квантових бітів, час збереження когерентній суперпозиції повинно бути як можна більше.

Для того щоб спінові стани донорних електронів у кремнії ( і ) можна було використовувати в якості базисних станів квантових бітів (кубітів), час збереження когерентній суперпозиції і (час декогерентизации) T2 повинно бути як можна більше. Максимальні величини T2, що приводяться в літературі, близько 10 мс. При цьому декогерентизация відбувається за взаємодії електронних спінів з ядерними спінами ізотопів 29Si, концентрація яких у природному кремнії 28Si становить 4.7%. В роботі [1] (Японія, Великобританія, Німеччина, США, Канада) показано, що в ізоте чистому 28Si з вмістом 29Si менше 50 ppm (50 атомів 29Si на мільйон атомів 28Si) величина T2 для спінів донорних домішок фосфору при низьких температурах виявляється порядку 1с. Зменшення концентрації донорів веде до зростання T2 (див. рис.), оскільки відсутність ядерних спінів основним механізмом декогерентизации стає взаємодія з електронними спинами інших донорів.

Температурні залежності часу декогерентизации спінових кубітів T2 ізоте чистому кремнії. Числа біля кривих – кількість донорних атомів фосфору в 1 см3.

Максимальна величина T2 [1] склала ~ 2 с. За оцінками авторів, T2 при T = 1.8 До можна, в принципі, довести до ~ 10 с. Але все це – якщо спини знаходяться в об’ємі зразка. Для практичних цілей потрібно розібратися з декогерентизацией спінів приповерхневих донорів, впроваджених в кремній шляхом імплантації. Поверхневі ефекти можуть призвести до суттєвого зменшення T2.

1. A. M. Tyryshkin et al., Nature Mater. 11, 143 (2012).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *