Una trappola di Paul con risonatore a microonde da GHz stampata in 3D per il confinamento degli elettroni e la coerenza dei qubit di spin su scala di millisecondi

Abstract degli autori

Presentiamo una trappola di Paul con risonatore a microonde stampata in 3D, che opera alle frequenze in GHz necessarie per confinare gli elettroni, mantenendo una geometria aperta adatta all’accesso laser e all’imaging di cristalli di ioni di Coulomb. Il risonatore presenta fattori di qualità moderati, pari a circa 1000, che consentono di ottenere grandi ampiezze del campo elettrico di confinamento con una bassa potenza in ingresso; inoltre, concorda bene con le previsioni del metodo degli elementi finiti (FEM), nonostante le imperfezioni di fabbricazione, che caratterizziamo sperimentalmente. Il modello FEM convalidato viene quindi utilizzato per calcolare i campi elettromagnetici nella regione di intrappolamento. Queste distribuzioni di campo, insieme alle misurazioni della rugosità superficiale, vengono integrate in un modello di decoerenza dei qubit di spin elettronici per stimare il tempo di coerenza. La nostra analisi prevede che, assumendo che il riscaldamento del moto sia dominato dal rumore Johnson, si possano raggiungere tempi di coerenza dei qubit di spin elettronici dell’ordine di 10 ms, rendendo tali sistemi rilevanti per l’elaborazione dell’informazione quantistica. Il metodo per determinare il tempo di coerenza è applicabile a qualsiasi trappola di Paul per elettroni.