Controllo cryo-CMOS a due qubit di un registro di spin nel diamante

Abstract degli autori

Le tecnologie quantistiche su vasta scala non richiederanno soltanto una piattaforma quantistica dalle buone prestazioni, ma anche hardware di controllo classico scalabile, efficiente e conforme ai requisiti di progettazione del sistema quantistico in esame. Un approccio consiste nell’applicare la tecnologia CMOS al silicio, altamente scalabile e matura, alla progettazione di circuiti integrati specifici per applicazione (ASIC), ottimizzati per il sistema quantistico. In questo lavoro presentiamo il controllo a due qubit degli spin elettronici e nucleari in centri NV nel diamante, mediante un controller per qubit in CMOS criogenico integrato con un dispositivo quantistico al diamante in un criostato. Utilizzando la Gate Set Tomography (GST), caratterizziamo le prestazioni dei gate a singolo qubit sia sugli spin elettronici sia su quelli nucleari del carbonio, e analizziamo i processi di rumore limitanti. Utilizziamo il disaccoppiamento dinamico per realizzare un gate a due qubit e stimiamo $F_\text{2q,avg} = 95(2)\%$ per la fedeltà del gate a due qubit tra spin elettronico e nucleare. La nostra dimostrazione di gate a due qubit pilotati da cryo-CMOS è un passo fondamentale verso dispositivi quantistici altamente integrati basati sui centri di colore.