論文の概要: CMOS-based cryogenic control of silicon quantum circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.14185v1
• Date: Tue, 29 Sep 2020 17:51:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-30 16:22:35.381840
• Title: CMOS-based cryogenic control of silicon quantum circuits
• Title（参考訳）: CMOSを用いたシリコン量子回路の低温制御
• Authors: Xiao Xue, Bishnu Patra, Jeroen P. G. van Dijk, Nodar Samkharadze, Sushil Subramanian, Andrea Corna, Charles Jeon, Farhana Sheikh, Esdras Juarez-Hernandez, Brando Perez Esparza, Huzaifa Rampurawala, Brent Carlton, Surej Ravikumar, Carlos Nieva, Sungwon Kim, Hyung-Jin Lee, Amir Sammak, Giordano Scappucci, Menno Veldhorst, Fabio Sebastiano, Masoud Babaie, Stefano Pellerano, Edoardo Charbon, Lieven M. K. Vandersypen
• Abstract要約: 大規模量子計算における大きな課題は、相互接続の複雑さである。 高度なリソグラフィーは、CMOS制御エレクトロニクスとシリコンの量子ビットの両方の製造をサポートする。 我々は3Kで動作する極低温CMOS制御チップを報告し、20mKに冷却されたシリコン量子ビットを駆動するためのマイクロ波バーストを出力する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.165021390060888
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The most promising quantum algorithms require quantum processors hosting millions of quantum bits when targeting practical applications. A major challenge towards large-scale quantum computation is the interconnect complexity. In current solid-state qubit implementations, a major bottleneck appears between the quantum chip in a dilution refrigerator and the room temperature electronics. Advanced lithography supports the fabrication of both CMOS control electronics and qubits in silicon. When the electronics are designed to operate at cryogenic temperatures, it can ultimately be integrated with the qubits on the same die or package, overcoming the wiring bottleneck. Here we report a cryogenic CMOS control chip operating at 3K, which outputs tailored microwave bursts to drive silicon quantum bits cooled to 20mK. We first benchmark the control chip and find electrical performance consistent with 99.99% fidelity qubit operations, assuming ideal qubits. Next, we use it to coherently control actual silicon spin qubits and find that the cryogenic control chip achieves the same fidelity as commercial instruments. Furthermore, we highlight the extensive capabilities of the control chip by programming a number of benchmarking protocols as well as the Deutsch-Josza algorithm on a two-qubit quantum processor. These results open up the path towards a fully integrated, scalable silicon-based quantum computer.
• Abstract（参考訳）: 最も有望な量子アルゴリズムは、実用的なアプリケーションをターゲットにするときに数百万の量子ビットをホストする量子プロセッサを必要とする。 大規模量子計算への大きな挑戦は、相互接続の複雑さである。 現在の固体量子ビット実装では、希釈冷凍機における量子チップと室温エレクトロニクスとの間に大きなボトルネックが現れる。 高度なリソグラフィーは、CMOS制御エレクトロニクスとシリコンの量子ビットの両方の製造をサポートする。 電子回路が低温で動作するように設計されている場合、最終的に同じダイまたはパッケージ上のキュービットと統合され、配線ボトルネックを克服することができる。 ここでは3Kで動作する極低温CMOS制御チップを報告し、20mKに冷却されたシリコン量子ビットを駆動するためのマイクロ波バーストを出力する。 まず、制御チップをベンチマークし、理想的な量子ビットを想定した99.99%の忠実度量子ビット演算と電気的性能を求める。 次に、実際のシリコンスピン量子ビットをコヒーレントに制御し、低温制御チップが商用機器と同じ忠実性を達成することを確認する。 さらに,2量子ビット量子プロセッサ上で,多数のベンチマークプロトコルとDeutsch-Joszaアルゴリズムをプログラムすることで,制御チップの広範な機能を強調した。 これらの結果は、完全に統合されたスケーラブルなシリコンベースの量子コンピュータへの道を開く。

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