A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors

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作者
Akito Noiri,Kenta Takeda,Takashi Nakajima,Takashi Kobayashi,Amir Sammak,Giordano Scappucci,Seigo Tarucha
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:68
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33453-z
摘要

Abstract Control of entanglement between qubits at distant quantum processors using a two-qubit gate is an essential function of a scalable, modular implementation of quantum computation. Among the many qubit platforms, spin qubits in silicon quantum dots are promising for large-scale integration along with their nanofabrication capability. However, linking distant silicon quantum processors is challenging as two-qubit gates in spin qubits typically utilize short-range exchange coupling, which is only effective between nearest-neighbor quantum dots. Here we demonstrate a two-qubit gate between spin qubits via coherent spin shuttling, a key technology for linking distant silicon quantum processors. Coherent shuttling of a spin qubit enables efficient switching of the exchange coupling with an on/off ratio exceeding 1000, while preserving the spin coherence by 99.6% for the single shuttling between neighboring dots. With this shuttling-mode exchange control, we demonstrate a two-qubit controlled-phase gate with a fidelity of 93%, assessed via randomized benchmarking. Combination of our technique and a phase coherent shuttling of a qubit across a large quantum dot array will provide feasible path toward a quantum link between distant silicon quantum processors, a key requirement for large-scale quantum computation.
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