Spin-basierte Floquet Quanten-Informationsprozessor

• Antragstellerin: Professorin Dr. Mónica Benito González, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496173695

Viele Probleme der Skalierbarkeit von Spin-Qubits in Quantenpunkten (QDs) können bewältigt werden, indem man die Qubits elektrisch modifizierbar und adressierbar macht. Ein Nachteil ist dann aber, dass sie von Ladungsrauschen betroffen sind, einer der Hauptbeschränkungen für lange Kohärenzzeiten auch für andere Festkörper Quantencomputer-Implementierungen. Ein weiteres Problem bei dieser Implementierung ist die Konnektivität, da die natürlichenSpin-Spin-Wechselwirkungen kurzreichweitig sind. Obwohl Wechselwirkungen über große Entfernungen mit supraleitenden Resonatoren demonstriert wurden, sollten die Qubits präzise und schnell vom Wechselwirkunskanal verbunden und getrennt werden können, damit man die Vorteile dieser Architektur voll ausschöpfen kann.In zeit-periodisch getriebenen Systemen erzeugt die Zeitdimension einen höherdimensionalen Konfigurationsraum, der physikalische Phänomene ermöglicht, die für statische Systeme unerreichbar sind. Ich präsentiere einen Forschungsplan zur systematischen Einbindung zeit-periodischer Modulationen in die grundlegende Funktionsweise eines kohärenten und effizienten Spin-Quanten-Registers. Mit diesem theoretischen Projekt werde ich zur Entwicklung eines skalierbaren, spinbasierten Quanteninformationsprozessors beitragen, der die derzeitigen Beschränkungen überwindet.Um das Problem der Dekohärenz in modernen QD Spin-Qubits zu lösen, werde ich monochromatisch modulierte Antriebsfelder verwenden. Wenn diese an die Qubits angepasst sind, werden die Qubits unempfindlich gegenüber Ladungsrauschen, was die Kohärenzzeit erhöht und wobei die Abstimmbarkeit erhalten bleibt. Außerdem werde ich die zeit-periodische Ansteuerung für die Rauschspektroskopie ausnutzen, um räumlich-zeitliche Korrelationen im Rauschen einiger weniger Spin-Qubits zu erkennen. In einem Floquet-Zeitkristall ist die diskrete Zeitverschiebungssymmetrie gebrochen, was mit einer exzellenten Stabilität einher geht. Forscher schlagen vor, dass diese Kristalle einen Einfluss auf das Quanten-Computing haben könnten. Ich werde Floquet-Zeitkristallphasen in Reihen von QD Spin-Qubits untersuchen und Protokolle vorschlagen, um einen universellen Satz von Quantengattern unter Beibehaltung der Zeitkristallinität zu realisieren.Ein aktuelles Forschungsthema auf dem Gebiet der Spin-Qubits ist das effiziente Ein- und Ausschalten der Spin-Orbit Wechselwirkung, die das Problem des Cross-talks eliminieren würde. Ich werde ein monochromatisches elektrisches Antriebsfeld integrieren, das die Eigenschaften der Halbleiter Nanostruktur effektiv modifiziert und eine Alternative für Schalter bietet, die effizienter ist als die zuletzt noch verwendeten statischen elektrischen Felder. Um eine möglicherweise besser skalierbare Alternative für Langstreckenkopplungen in einem Spin-Qubit-Register zu finden, werde ich Floquet-induzierte Pulse untersuchen, um komplexe Hamiltonians zu simulieren, die es erlauben erste nützliche Probleme mit dieser Architektur zu lösen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen