Quantum Circuit Based on Electron Spins in Semiconductor Quantum Dots
Notice bibliographique
Résumé
In this thesis, I present a microscopic theory of quantum circuits based on interacting electron spins in quantum dot molecules. We use the Linear Combination of Harmonic Orbitals-Configuration Interaction (LCHO-CI) formalism for microscopic calculations. We then derive effective Hubbard, t-J, and Heisenberg models. These models are used to predict the electronic, spin and transport properties of a triple quantum dot molecule (TQDM) as a function of topology, gate configuration, bias and magnetic field. With these theoretical tools and fully characterized TQDMs, we propose the following applications: 1. Voltage tunable qubit encoded in the chiral states of a half-filled TQDM. We show how to perform single qubit operations by pulsing voltages. We propose the "chirality-to-charge" conversion as the measurement scheme and demonstrate the robustness of the chirality-encoded qubit due to charge fluctuations. We derive an effective qubit-qubit Hamiltonian and demonstrate the two-qubit gate. This provides all the necessary operations for a quantum computer built with chirality-encoded qubits. 2. Berry's phase. We explore the prospect of geometric quantum computing with chirality-encoded qubit. We construct a Herzberg circuit in the voltage space and show the accumulation of Berry's phase. 3. Macroscopic quantum states on a semiconductor chip. We consider a linear chain of TQDMs, each with 4 electrons, obtained by nanostructuring a metallic gate in a field effect transistor. We theoretically show that the low energy spectrum of the chain maps onto that of a spin-1 chain. Hence, we show that macroscopic quantum states, protected by a Haldane gap from the continuum, emerge. In order to minimize decoherence of electron spin qubits, we consider using electron spins in the p orbitals of the valence band (valence holes) as qubits. We develop a theory of valence hole qubit within the 4-band k.p model. We show that static magnetic fields can be used to perform single qubit operations. We also show that the qubit-qubit interactions are sensitive to the geometry of a quantum dot network. For vertical qubit arrays, we predict that there exists an optimal qubit separation suitable for the voltage control of qubit-qubit interactions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».