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用于1K以上硅量子比特的高灵敏度电荷传感器。

A High-Sensitivity Charge Sensor for Silicon Qubits above 1 K.

作者信息

Huang Jonathan Yue, Lim Wee Han, Leon Ross C C, Yang Chih Hwan, Hudson Fay E, Escott Christopher C, Saraiva Andre, Dzurak Andrew S, Laucht Arne

机构信息

Centre for Quantum Computation & Communication Technology, School of Electrical Engineering and Telecommunications, The University of New South Wales, Sydney 2052, Australia.

出版信息

Nano Lett. 2021 Jul 28;21(14):6328-6335. doi: 10.1021/acs.nanolett.1c01003. Epub 2021 May 17.

DOI:10.1021/acs.nanolett.1c01003
PMID:33999635
Abstract

Recent studies of silicon spin qubits at temperatures above 1 K are encouraging demonstrations that the cooling requirements for solid-state quantum computing can be considerably relaxed. However, qubit readout mechanisms that rely on charge sensing with a single-island single-electron transistor (SISET) quickly lose sensitivity due to thermal broadening of the electron distribution in the reservoirs. Here we exploit the tunneling between two quantized states in a double-island single-electron transistor (SET) to demonstrate a charge sensor with an improvement in the signal-to-noise ratio by an order of magnitude compared to a standard SISET, and a single-shot charge readout fidelity above 99% up to 8 K at a bandwidth greater than 100 kHz. These improvements are consistent with our theoretical modeling of the temperature-dependent current transport for both types of SETs. With minor additional hardware overhead, these sensors can be integrated into existing qubit architectures for a high-fidelity charge readout at few-kelvin temperatures.

摘要

近期对温度高于1K的硅自旋量子比特的研究令人鼓舞地表明,固态量子计算的冷却要求可以大幅放宽。然而,依赖单岛单电子晶体管(SISET)进行电荷传感的量子比特读出机制,由于储库中电子分布的热展宽,会迅速失去灵敏度。在此,我们利用双岛单电子晶体管(SET)中两个量子化状态之间的隧穿,展示了一种电荷传感器,其信噪比相比标准SISET提高了一个数量级,并且在带宽大于100kHz时,高达8K的温度下单次电荷读出保真度超过99%。这些改进与我们对两种类型SET的温度相关电流输运的理论建模一致。只需少量额外的硬件开销,这些传感器就可以集成到现有的量子比特架构中,以在几开尔文温度下实现高保真电荷读出。

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