Donor spin qubits in silicon
Our research focuses on phosphorus donors in silicon, where we achieve record-long quantum coherence times and conduct advanced experiments towards scalable quantum computing.
[Madzik2022]
Our research focuses on phosphorus donors in silicon, where we achieve record-long quantum coherence times and conduct advanced experiments towards scalable quantum computing.
A phosphorus (31P) donor in silicon is akin to a hydrogen atom in a vacuum, possessing electron and nuclear spins of 1/2 that serve as natural qubits [,Ìý]. The silicon host material can be isotopically purified to be nearly free of nuclear spin-carrying isotopes, resulting in exceptional coherence times []. Recent advancements include two-qubit gate fidelities exceeding 99%ÌýÌýand successful demonstration of J-coupling between two donor qubitsÌý, showcasing the potential of silicon donors as a quantum computing platform. Ongoing research aims to enhance qubit performance through improved fabrication techniques, as illustrated by recent improvements in donor implantation precision [,Ìý].
- Team members
- Publications
- Collaborators
X. Yu, B. Wilhelm, D. Holmes, A. Vaartjes, D. Schwienbacher, M. Nurizzo, A. Kringhøj, M. R. van Blankenstein, A. M. Jakob, P. Gupta, et al., , arXiv preprint arXiv:2405.15494 (2024)
G. ¨Ustun, A. Morello, and S. Devitt, , Quantum Science and Technology 9, 035037 (2024).
D. Holmes, B. Wilhelm, A. M. Jakob, X. Yu, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. S. Dzurak, D. N. Jamieson, and A. Morello, Advanced Quantum Technologies 7, 2300316 (2024).
B. Joecker, H. G. Stemp, I. Fernandez de Fuentes, M. A. Johnson, and A. Morello, , Physical Review B 109, 085302 (2024).
I. Fernandez de Fuentes, T. Botzem, M. A. Johnson, A. Vaartjes, S. Asaad, V. Mourik, F. E. Hudson, K. M. Itoh, B. C. Johnson, A. M. Jakob, et al., Nature Communications 15, 1380 (2024).
H. G. Stemp, S. Asaad, M. R. van Blankenstein, A. Vaartjes, M. A. Johnson, M. T. Madzik, A. J.Heskes, H. R. Firgau, R. Y. Su, C. H. Yang, et al., arXiv preprint arXiv:2309.15463 (2023).
R. Savytskyy, T. Botzem, I. Fernandez de Fuentes, B. Joecker, J. J. Pla, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. M. Jakob, B. C. Johnson, D. N. Jamieson, et al., , Science advances 9, eadd9408 (2023).
M. A. Johnson, M. T. Madzik, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. M. Jakob, D. N. Jamieson, A. Dzurak, and A. Morello, Physical Review X 12, 041008 (2022).
M. T. Madzik, S. Asaad, A. Youssry, B. Joecker, K. M. Rudinger, E. Nielsen, K. C. Young, T. J. Proctor, A. D. Baczewski, A. Laucht, et al., , Nature 601, 348 (2022).
L. A. O’Neill, B. Joecker, A. D. Baczewski, and A. Morello, , Applied Physics Letters 119 (2021).
B. Joecker, A. D. Baczewski, J. K. Gamble, J. J. Pla, A. Saraiva, and A. Morello, , New Journal of Physics 23, 073007 (2021).
M. T. Madzik, A. Laucht, F. E. Hudson, A. M. Jakob, B. C. Johnson, D. N. Jamieson, K. M. Itoh, A. S. Dzurak, and A. Morello, , Nature Communications 12,181 (2021).
A. Morello, J. J. Pla, P. Bertet, and D. N. Jamieson, , Advanced Quantum Technologies 3, 2000005 (2020).
M. T. Madzik, T. D. Ladd, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. M. Jakob, B. C. Johnson, J. C. McCallum, D. N. Jamieson, A. S. Dzurak, A. Laucht, et al., , Science Advances 6, eaba3442 (2020).
S. Asaad, V. Mourik, B. Joecker, M. A. Johnson, A. D. Baczewski, H. R. Firgau, M. T. Madzik, V. Schmitt, J. J. Pla, F. E. Hudson, et al., , Nature 579, 205 (2020).
V. Mourik, S. Asaad, H. Firgau, J. J. Pla, C. Holmes, G. J. Milburn, J. C. McCallum, and A. Morello, , Physical Review E 98, 042206 (2018).
S. B. Tenberg, S. Asaad, M. T. Madzik, M. A. Johnson, B. Joecker, A. Laucht, F. E. Hudson, K. M. Itoh, A. M. Jakob, B. C. Johnson, et al., , Physical Review B 99, 205306 (2019).
J. Muhonen, J. Dehollain, A. Laucht, S. Simmons, R. Kalra, F. Hudson, A. Dzurak, A. Morello,D. Jamieson, J. McCallum, et al., , Physical review B 98, 155201 (2018).
G. Tosi, F. A. Mohiyaddin, S. Tenberg, A. Laucht, and A. Morello, , Physical Review B 98, 075313 (2018).
G. Tosi, F. A. Mohiyaddin, V. Schmitt, S. Tenberg, R. Rahman, G. Klimeck, and A. Morello, , Nature Communications 8, 450 (2017).
S. Freer, S. Simmons, A. Laucht, J. T. Muhonen, J. P. Dehollain, R. Kalra, F. A. Mohiyaddin, F. E. Hudson, K. M. Itoh, J. C. McCallum, et al., , Quantum Science and Technology 2, 015009 (2017).
A. Laucht, R. Kalra, S. Simmons, J. P. Dehollain, J. T. Muhonen, F. A. Mohiyaddin, S. Freer, F. E. Hudson, K. M. Itoh, D. N. Jamieson, et al., , Nature Nanotechnology 12, 61 (2017).
A. Laucht, S. Simmons, R. Kalra, G. Tosi, J. P. Dehollain, J. T. Muhonen, S. Freer, F. E. Hudson, K. M. Itoh, D. N. Jamieson, et al., , Physical Review B 94, 161302 (2016).
J. P. Dehollain, J. T. Muhonen, R. Blume-Kohout, K. M. Rudinger, J. K. Gamble, E. Nielsen, A. Laucht, S. Simmons, R. Kalra, A. S. Dzurak, et al., , New Journal of Physics 18, 103018 (2016).
F. A. Mohiyaddin, R. Kalra, A. Laucht, R. Rahman, G. Klimeck, and A. Morello, , Physical Review B 94, 045314 (2016).
ÌýJ. P. Dehollain, S. Simmons, J. T. Muhonen, R. Kalra, A. Laucht, F. Hudson, K. M. Itoh, D. N. Jamieson, J. C. McCallum, A. S. Dzurak, et al., , Nature nanotechnology 11, 242 (2016).
ÌýA. Laucht, J. T. Muhonen, F. A. Mohiyaddin, R. Kalra, J. P. Dehollain, S. Freer, F. E. Hudson, M. Veldhorst, R. Rahman, G. Klimeck, et al., , Science advances 1, e1500022 (2015).
J. T. Muhonen, A. Laucht, S. Simmons, J. P. Dehollain, R. Kalra, F. E. Hudson, S. Freer, K. M. Itoh, D. N. Jamieson, J. C. McCallum, et al., , Journal of Physics: Condensed Matter 27, 154205 (2015).
J. J. Pla, F. A. Mohiyaddin, K. Y. Tan, J. P. Dehollain, R. Rahman, G. Klimeck, D. N. Jamieson, A. S. Dzurak, and A. Morello, , Physical Review Letters 113, 246801 (2014).
J. T. Muhonen, J. P. Dehollain, A. Laucht, F. E. Hudson, R. Kalra, T. Sekiguchi, K. M. Itoh, D. N. Jamieson, J. C. McCallum, A. S. Dzurak, et al., , Nature Nanotechnology 9, 986 (2014).
A. Laucht, R. Kalra, J. T. Muhonen, J. P. Dehollain,F. A. Mohiyaddin, F. Hudson, J. C. McCallum, D. N.Jamieson, A. S. Dzurak, and A. Morello, , Applied Physics Letters 104 (2014).
R. Kalra, A. Laucht, C. D. Hill, and A. Morello, , Physical Review X 4, 021044 (2014).
ÌýE. Prati, A. Morello, et al., , Single-Atom Nanoelectronics , 5 (2013).
ÌýJ. J. Pla, K. Y. Tan, J. P. Dehollain, W. H. Lim, J. J.Morton, F. A. Zwanenburg, D. N. Jamieson, A. S. Dzurak,and A. Morello, , Nature 496, 334 (2013).
J. J. Pla, K. Y. Tan, J. P. Dehollain, W. H. Lim, J. J.Morton, D. N. Jamieson, A. S. Dzurak, and A. Morello, Nature 489, 541 (2012).
A. Morello, J. J. Pla, F. A. Zwanenburg, K. W. Chan,K. Y. Tan, H. Huebl, M. M¨ott¨onen, C. D. Nugroho,C. Yang, J. A. Van Donkelaar, et al., , Nature 467, 687 (2010).
Ìý
, University of Melbourne, Ìýat University of Melbourne,ÌýFay HudsonÌýat Õ¬Äи£Àû Sydney, Andrew DzurakÌýat Õ¬Äи£Àû Sydney,ÌýÌýat Keio University.
Ìý