Designs for a two-dimensional Si quantum dot array with spin qubit addressability

作者
Masahiro Tadokoro,Takashi Nakajima,Takashi Kobayashi,Kenta Takeda,Akito Noiri,Kaito Tomari,Jun Yoneda,Seigo Tarucha,Tetsuo Kodera
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 19406-19406 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41598-021-98212-4
摘要

Electron spins in Si are an attractive platform for quantum computation, backed with their scalability and fast, high-fidelity quantum logic gates. Despite the importance of two-dimensional integration with efficient connectivity between qubits for medium- to large-scale quantum computation, however, a practical device design that guarantees qubit addressability is yet to be seen. Here, we propose a practical 3 × 3 quantum dot device design and a larger-scale design as a longer-term target. The design goal is to realize qubit connectivity to the four nearest neighbors while ensuring addressability. We show that a 3 × 3 quantum dot array can execute four-qubit Grover's algorithm more efficiently than the one-dimensional counterpart. To scale up the two-dimensional array beyond 3 × 3, we propose a novel structure with ferromagnetic gate electrodes. Our results showcase the possibility of medium-sized quantum processors in Si with fast quantum logic gates and long coherence times.

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