[박재민 박사 – 양자집적회로 연구실/김도헌 교수] 실리콘 스핀 큐비트 배열의 이중 큐비트 게이트 속도 향상법 개발 – Nano Letters지 게재
실리콘 양자점 스핀 큐비트는 나노소자의 집적도, 산업용 반도체 제조 공정과의 호환성 덕분에 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 위한 유망한 플랫폼으로 떠오르고 있다. Si/SiGe 고이동도 이종 구조는 높은 결정성을 장점으로 스핀 큐비트를 구현하는 데 널리 사용되고 있다. 그러나 모듈레이션 도핑을 위해 필수적인 SiGe 스페이서는 큐비트 층과 제어 전극 사이에 간격을 만들어 지금까지는 스핀큐비트 사이의 2중 큐비트 게이트의 크기를 조절하는 능력이 제한되어 왔다. 또한 완전히 끌 수 없는 스핀 간 상호작용은 양자회로 구동시 원치 않는 단일 큐비트 위상 편이를 유발하는 등 동작 오류의 근원이 되어왔다. 양자집적회로 연구실의 박재민 박사는 이러한 스핀큐비트 어레이에서 기존의 큐비트 형성방법에 사용되는 게이트의 역할을 반전하는 방법으로 재구성함으로써 다중 큐비트 제어 능력을 유지하면서도 큐비트 간 상호작용 조절을 극대화 (기존보다 1000배 이상, 상호작용 On//Off 비율 10000 이상) 하는 방법을 개발하였다. 결과적으로 이 방법은 단일 큐비트 위상 편이를 줄이고 다중 큐비트 제어의 복잡성을 최소화하여 최소한의 실험적 오버헤드로 스핀큐비트 배열의 확장성을 확보하는데 중요한 기여를 하였고, 그 결과를 Nano Letter 지에 게재하였다. 본 연구에서 새롭게 개발한 큐비트 형성법은 향후 큐비트의 위치를 변화시키며 노이즈 특성을 측정하는 계측분야에서도 사용할 수 있어 앞으로 양자제어 분야에서 폭넓게 응용할 수 있는기초연구결과를 제공하였다.
Highly Tunable Two-Qubit Interactions in Si/SiGe Quantum Dots by Interchanging the Roles of Qubit-Defining Gates
Silicon-quantum-dot spin qubits have become a promising platform for scalable quantum computing because of their small size and compatibility with industrial semiconductor manufacturing processes. Although Si/SiGe heterostructures are commonly used to host spin qubits due to their high mobility and low percolation density, the SiGe spacer creates a gap between the qubits and control electrodes, which limits the ability to tune the exchange coupling. As a result, residual coupling leads to unwanted single-qubit phase shifts, making multi-qubit control more difficult. In this work, we explore swapping the roles of overlapping nanogates to overcome this issue. By reconfiguring the gate voltages, we demonstrate in situ role switching while maintaining multi-qubit control. Additionally, this method improves the tunability of the exchange coupling by up to 3.6 times. This strategy reduces unintended single-qubit phase shifts and minimizes the complexity of multi-qubit control, supporting scalable growth with minimal experimental overhead.
저자 : 박재민, 장현규, 손한서, 송영욱, Lucas E. A. Stehouwer, Davide Degli Esposti, Giordano Scappucci, 김도헌