論文の概要: Integrated multiplexed microwave readout of silicon quantum dots in a cryogenic CMOS chip

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.08295v1
• Date: Wed, 20 Jan 2021 19:30:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-14 11:07:09.134315
• Title: Integrated multiplexed microwave readout of silicon quantum dots in a cryogenic CMOS chip
• Title（参考訳）: 極低温CMOSチップにおけるシリコン量子ドットの統合多重マイクロ波読み出し
• Authors: Andrea Ruffino, Tsung-Yeh Yang, John Michniewicz, Yatao Peng, Edoardo Charbon, Miguel Fernando Gonzalez-Zalba
• Abstract要約: 固体量子コンピュータは、個々の量子ビットの制御と読み出しと、高速な古典的データ処理を可能にするために、古典的エレクトロニクスを必要とする。 極低温で両方のサブシステムを統合することは、システムサイズや入出力(I/O)データ管理など、いくつかの大きなスケーリング上の課題を解決する可能性がある。 本稿では、シリコンベースの量子プロセッサの3つの重要な要素を収容する産業用CMOS技術を用いて、極低温集積回路(IC)を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5202988483354373
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Solid-state quantum computers require classical electronics to control and readout individual qubits and to enable fast classical data processing [1-3]. Integrating both subsystems at deep cryogenic temperatures [4], where solid-state quantum processors operate best, may solve some major scaling challenges, such as system size and input/output (I/O) data management [5]. Spin qubits in silicon quantum dots (QDs) could be monolithically integrated with complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) electronics using very-large-scale integration (VLSI) and thus leveraging over wide manufacturing experience in the semiconductor industry [6]. However, experimental demonstrations of integration using industrial CMOS at mK temperatures are still in their infancy. Here we present a cryogenic integrated circuit (IC) fabricated using industrial CMOS technology that hosts three key ingredients of a silicon-based quantum processor: QD arrays (arranged here in a non-interacting 3x3 configuration), digital electronics to minimize control lines using row-column addressing and analog LC resonators for multiplexed readout, all operating at 50 mK. With the microwave resonators (6-8 GHz range), we show dispersive readout of the charge state of the QDs and perform combined time- and frequency-domain multiplexing, enabling scalable readout while reducing the overall chip footprint. This modular architecture probes the limits towards the realization of a large-scale silicon quantum computer integrating quantum and classical electronics using industrial CMOS technology.
• Abstract（参考訳）: 固体量子コンピュータは、個々の量子ビットの制御と読み出しと、高速な古典的データ処理を可能にするために、古典的エレクトロニクスを必要とする。 ソリッドステート量子プロセッサが最適である極低温で両方のサブシステムを統合する[4]は、システムサイズや入出力(I/O)データ管理など、いくつかの大きなスケーリング課題を解決します [5]。 シリコン量子ドット(QD)のスピン量子ビットは、超大規模集積(VLSI)を用いて相補的金属酸化物半導体(CMOS)エレクトロニクスとモノリシックに統合され、半導体産業における幅広い製造経験を生かした [6]。 しかし, 産業用CMOSを用いたmK温度での積分実験はまだ初期段階である。 本稿では、シリコンベースの量子プロセッサの3つの重要な要素を担っている産業用CMOS技術を用いて製造された極低温集積回路(IC)について述べる。QDアレイ(非相互作用型3x3構成で配置されている)、デジタルエレクトロニクスで行列アドレスとアナログLC共振器を用いて制御ラインを最小化し、それぞれ50mKで動作する。 マイクロ波共振器(6-8GHz帯)では、QDの電荷状態の分散読み出しを示し、時間領域と周波数領域の多重化を行い、チップ全体のフットプリントを小さくしながらスケーラブルな読み出しを可能にする。 このモジュラーアーキテクチャは、産業用CMOS技術を用いて量子電子と古典電子を統合した大規模シリコン量子コンピュータの実現に向けた限界を探索する。

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