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APS -APS March Meeting 2017 - Event - Significance of Accurate Electronic Structure Calculation Methods in Designing Silicon Donor Qubits

机译：APS -APS 2017年3月会议-活动-准确的电子结构计算方法在设计硅供体量子位中的意义

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Recent demonstrations of long-lived spin qubits with high control fidelity have enhanced the potential of silicon donors in quantum computing [1]. Verifying the design of prototype silicon qubit devices using computational models provides insight into their electrostatic potential landscape, donor electron wave functions, and spin dynamics [2]. Here, we examine the sensitivity of device verification to the underlying electronic structure model used for the donor. Within the context of a computational workflow, we observe a significant discrepancy in the amplitude of the donor wave function computed using density-functional theory versus tight-binding methods for the case of doped silicon nanocrystals. While both methods can be used to match experimental values for the hyperfine coupling, differences in the calculated electronic amplitude at the donor site suggest that more complicated interactions, e.g., electron-exchange, may become unreliable. Hence, an accurate understanding of the donor wave function in the donor vicinity is critical to device design, as it serves as a handle to vital parameters in donor based quantum computer architectures.[1] J. T. Muhonen et al., Nature Nanotechnology 9, 986-991(2014).[2] T. S. Humble et al., Nanotechnology 27, 42(2016).
机译：具有高控制保真度的长寿命自旋量子位的最新证明增强了硅给体在量子计算中的潜力[1]。使用计算模型验证原型硅量子位器件的设计可深入了解其静电势态，供体电子波函数和自旋动力学[2]。在这里，我们检查了设备验证对供体使用的基础电子结构模型的敏感性。在计算工作流程的上下文中，对于掺杂的硅纳米晶体，我们观察到了使用密度泛函理论与紧密结合方法计算得出的供体波函数幅度的显着差异。虽然两种方法都可以用于匹配超精细耦合的实验值，但在供体位点计算的电子振幅的差异表明，更复杂的相互作用（例如电子交换）可能变得不可靠。因此，准确了解供体附近的供体波函数对于设备设计至关重要，因为它可以充当基于供体的量子计算机体系结构中重要参数的处理。[1] J. T. Muhonen等人，Nature Nanotechnology 9，986-991（2014）。[2] T.S. Humble等，纳米技术27，42（2016）。

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