[윤종인 연구원, 박재민 학생 – 양자집적회로 연구실/김도헌 교수] 반도체 스핀 큐비트간 상호작용 크기의 새로운 스케일링 관측 – npj. Quantum Information지 게재
전기적으로 제어가능한 두개의 전자의 스핀상태로 만들어진 싱글렛-트리플렛 큐비트는 두 기저상태가 서로 다른 전기 쌍극자 모멘트를 가져 전기적으로 큐비트간 상호작용을 유도할 수 있다. 그러나 반도체 양자점을 이용해 이와 같은 큐비트를 제작한 경우 지금까지 관측된 상호작용의 크기는 수 MHz 미만으로 비교적 짧은 결맞음 시간에 충실도 높은 이중 큐비트 게이트를 구현하기에는 역부족이었다. 더군다나, 지금까지는 상호작용의 크기가 각 큐비트의 에너지 차이에 대해 선형적으로만 증가하여 상호작용 크기를 증가시켜도 필연적으로 결맞음 시간이 감소하여 큐비트 게이트 충실도는 70% 미만에 그쳐왔다. 양자집적회로 연구실(김도헌 교수)의 윤종인 연구원과 박재민 학생은 반도체 4중 양자점으로 이루어진 2개의 싱글렛-트리플렛 큐비트에서 기존과 다르게 각 큐비트 에너지 차이에 대해 초선형의 비례관계를 가지는 전기 상호작용을 최초로 관측하였다. 이는 그동안 양자진동을 관측하기 어려웠던300 MHz h 이상의 큐비트 에너지 영역대를 본 연구실에서 이전연구 (https://physics.snu.ac.kr/boards/news?md=v&bbsidx=9668)로 개발한 고속 해밀토니안 추적법을 사용해서 가능하였다. 또한, 이 결과에 따르면 큐비트의 에너지를 증가시킬수록 결맞음시간 감소를 상호작용 크기 증가가 상회하여 이중 큐비트 게이트의 속도와 충실도 모두 증가하는 것이 가능하고 연구팀은 최종적으로 200MHz 의 게이트 속도로 충실도 95% 이상의 이중 큐비트 게이트 충실도를 구현하는 것이 가능하다는 것을 보였다. 본 연구의 결과는 양자정보과학 분야의 대표 저널 중 하나인 npj. Quantum Information 지에 출판되었다.
논문명: Probing two-qubit capacitive interactions beyond bilinear regime using dual Hamiltonian parameter estimations
저자: 윤종인*, 박재민*, 장현규, 김제현, 장원진, 송영욱, 조민균, 손한서, 정환철, Vladimir Umansky, 김도헌
(* 공동 제1저자)