Simulazione quantistica di dispositivi Si/SiGe con effetti dei micromagneti calibrati sperimentalmente

Abstract degli autori

I qubit di spin basati sul silicio in eterostrutture Si/SiGe sono una piattaforma di punta per la computazione quantistica scalabile, ma colmare il divario tra i modelli teorici di progettazione assistita dal computer (CAD) e la realtà sperimentale rimane una sfida significativa. Le simulazioni standard spesso non riescono a cogliere fenomeni fisici cruciali, come i dipoli all’interfaccia, l’accumulo parassita di carica e l’isteresi magnetica dei micromagneti integrati nel chip. In questo lavoro presentiamo una pipeline di simulazione 3D completa, calibrata sperimentalmente, per un dispositivo Si/SiGe a sei punti. Affiniamo l’allineamento delle bande del semiconduttore e introduciamo un modello classico semi-empirico di schermaggio della carica per cogliere con precisione la formazione di pozzi parassiti e la conseguente riduzione dei fattori di leva dei gate. Inoltre, applichiamo il modello di Jiles-Atherton per tenere conto dell’isteresi e della premagnetizzazione dei micromagneti integrati in cobalto, riproducendo con successo le frequenze di risonanza sperimentali di tutti e sei i qubit. Integrando questi profili elettrostatici e magnetici calibrati in un’Hamiltoniana dipendente dal tempo nell’approssimazione dell’onda rotante (RWA), riproduciamo osservabili sperimentali, inclusi i diagrammi a chevron della potenza a microonde. Questo quadro fornisce una solida base per prevedere il comportamento dei dispositivi, valutare le perdite nelle linee a microonde e ottimizzare future architetture scalabili di qubit di spin prima della fabbricazione.