Colloquium: Advances in automation of quantum dot devices control

要約

量子ドット (QD) のアレイは、スケーラブルな結合キュービット システムを実現するための有望な候補システムであり、量子コンピューターの基本的なビルディング ブロックとして機能します。
このような半導体量子システムでは、デバイスには数十の個別の静電電圧と動的電圧があり、システムを単一電子領域に局在化し、優れた量子ビット動作性能を実現するには、慎重に設定する必要があります。
必要な QD の位置と電荷をゲート電圧にマッピングすることは、挑戦的な古典的な制御問題を提示します。
QD 量子ビットの数が増えると、関連するパラメーター空間が十分に大きくなり、ヒューリスティック制御が実行不可能になります。近年、スクリプトベースのアルゴリズムと機械学習 (ML) 技術を組み合わせたデバイス制御の自動化にかなりの努力が払われています。
このコロキウムでは、2 次元電子ガスで形成されたシリコンおよび GaAs ベースの QD に特に重点を置いて、QD デバイス制御の自動化における最近の進歩の包括的な概要を紹介します。
物理ベースのモデリングと最新の数値最適化および ML を組み合わせることで、効率的でスケーラブルな制御を実現するのに非常に効果的であることが証明されています。
理論的、計算的、および実験的な取り組みをコンピューター サイエンスおよび ML とさらに統合することで、量子コンピューティング用の半導体およびその他のプラットフォームを進化させる大きな可能性が秘められています。

要約(オリジナル)

Arrays of quantum dots (QDs) are a promising candidate system to realize scalable, coupled qubits systems and serve as a fundamental building block for quantum computers. In such semiconductor quantum systems, devices now have tens of individual electrostatic and dynamical voltages that must be carefully set to localize the system into the single-electron regime and to realize good qubit operational performance. The mapping of requisite QD locations and charges to gate voltages presents a challenging classical control problem. With an increasing number of QD qubits, the relevant parameter space grows sufficiently to make heuristic control unfeasible.In recent years, there has been a considerable effort to automate device control that combines script-based algorithms with machine learning (ML) techniques. In this colloquium, we present a comprehensive overview of the recent progress in the automation of QD device control, with a particular emphasis on silicon- and GaAs-based QDs formed in two-dimensional electron gases. Combining physics-based modeling with modern numerical optimization and ML has proven quite effective in yielding efficient, scalable control. Further integration of theoretical, computational, and experimental efforts with computer science and ML holds tremendous potential in advancing semiconductor and other platforms for quantum computing.

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