단일 레지스터 양자점 큐비트의 장벽 게이트 펄스를 이용한 단일‑샷 라치드 읽기

초록

본 논문은 단일 전자 저장소와 하나의 전자 저항만을 갖는 실리콘/실리콘‑게르마늄 양자점 하이브리드 큐비트에 대해, 장벽 게이트 전압 펄스를 이용해 터널링 속도를 동적으로 제어함으로써 라치드(single‑shot latched) 읽기를 구현한다. 이 방법은 라치 상태 유지와 빠른 초기화 두 조건을 순차적으로 만족시켜, 신호‑대‑잡음비 10.2와 전하 감도 3×10⁻³ e/√Hz를 달성하고, 초기화 시간을 15배 가속한다.

상세 분석

이 연구는 기존 라치드 읽기 방식이 요구하는 두 개 이상의 터널링 레이트(Γ_L ≫ T₁⁻¹, Γ_R ≪ Δf_BW)를 동시에 맞추기 어려운 상황을 해결하고자 한다. 저자들은 Si/SiGe 이중 양자점 구조에 B1이라는 장벽 게이트를 추가하고, 이 게이트에 베이스밴드 펄스를 가함으로써 왼쪽 점(플런저 P1)과 전자 저항 사이의 터널링 속도 Γ_L을 실시간으로 조절한다. 초기화 단계에서는 B1을 크게 열어 Γ_L을 높여 빠른 전하 로딩을 가능하게 하고, 읽기 단계에서는 B1 전압을 급격히 낮춰 Γ_L을 억제하면서 동시에 Γ_R(우측 점 P2와 저항 사이의 터널링)은 코터널링에 의해 자연스럽게 작아져 라치 상태(4,2)가 충분히 오래 지속된다. 라치가 형성된 후에는 다시 B1을 펄싱해 Γ_L을 크게 하여 라치 상태를 빠르게 해제하고, 초기화 시간을 2 ms에서 0.13 ms 이하로 단축한다.

실험적으로는 P1에 Larmor 펄스를 주어 (3,2) 전하 상태로 이동시킨 뒤, B1 펄스로 라치를 유도하고, 센서 점 CS의 전류 I_SD를 실시간 측정한다. I_SD 히스토그램은 두 개의 뚜렷한 피크를 보여주며, 각각 |0⟩와 |1⟩ 상태에 대응한다. 피크 간 평균 차이 ΔI_SD와 각각의 분산을 이용해 SNR = ΔI_SD/√