論文の概要: Overcoming I/O bottleneck in superconducting quantum computing: multiplexed qubit control with ultra-low-power, base-temperature cryo-CMOS multiplexer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.13060v1
• Date: Mon, 26 Sep 2022 22:38:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-01-25 02:45:43.030417
• Title: Overcoming I/O bottleneck in superconducting quantum computing: multiplexed qubit control with ultra-low-power, base-temperature cryo-CMOS multiplexer
• Title（参考訳）: 超伝導量子コンピューティングにおけるI/Oボトルネックの克服--超低消費電力低温CMOS多重回路を用いた多重量子ビット制御
• Abstract要約: 大規模超伝導量子コンピューティングシステムでは、ミリケルビン温度での量子ビットの高忠実度制御と読み出しが可能である。 クライオエレクトロニクスは、このボトルネックを克服するためにスケーラブルで多用途なソリューションを提供するかもしれない。 ここでは、15mK以下で動作する超低出力RF多重冷凍電子溶液について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.37334699475035
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Large-scale superconducting quantum computing systems entail high-fidelity control and readout of large numbers of qubits at millikelvin temperatures, resulting in a massive input-output bottleneck. Cryo-electronics, based on complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology, may offer a scalable and versatile solution to overcome this bottleneck. However, detrimental effects due to cross-coupling between the electronic and thermal noise generated during cryo-electronics operation and the qubits need to be avoided. Here we present an ultra-low power radio-frequency (RF) multiplexing cryo-electronics solution operating below 15 mK that allows for control and interfacing of superconducting qubits with minimal cross-coupling. We benchmark its performance by interfacing it with a superconducting qubit and observe that the qubit's relaxation times ($T_1$) are unaffected, while the coherence times ($T_2$) are only minimally affected in both static and dynamic operation. Using the multiplexer, single qubit gate fidelities above 99.9%, i.e., well above the threshold for surface-code based quantum error-correction, can be achieved with appropriate thermal filtering. In addition, we demonstrate the capability of time-division-multiplexed qubit control by dynamically windowing calibrated qubit control pulses. Our results show that cryo-CMOS multiplexers could be used to significantly reduce the wiring resources for large-scale qubit device characterization, large-scale quantum processor control and quantum error correction protocols.
• Abstract（参考訳）: 大規模超伝導量子コンピューティングシステムは、ミリケルビンの温度で大量の量子ビットの高忠実性制御と読み出しを伴い、大量の入力出力ボトルネックを引き起こす。 相補的金属酸化物半導体(CMOS)技術に基づくクライオエレクトロニクスは、このボトルネックを克服するためのスケーラブルで汎用的なソリューションを提供するかもしれない。 しかし, 低温電子動作中に発生する電子ノイズと熱ノイズの相互結合による劣化効果は避ける必要がある。 ここでは、15mK以下で動作する超低出力無線周波数(RF)多重クレオエレクトロニクスソリューションを提案し、最小のクロスカップリングで超伝導量子ビットの制御と対面を可能にする。 我々は超伝導量子ビットと相互作用してその性能をベンチマークし、量子ビットの緩和時間(T_1$)が影響を受けないのに対して、コヒーレンス時間(T_2$)は静的動作と動的動作の両方に最小限の影響しか与えないことを示した。 マルチプレクサを使用すると、99.9%以上の単一量子ビットゲートのフィデル、すなわち表面符号に基づく量子誤り訂正のしきい値を大きく上回る、適切な熱フィルタリングによって達成できる。 さらに,量子ビット制御パルスのキャリブレーションを動的に行うことで,時間分割多重化量子ビット制御の能力を示す。 その結果,cryo-cmosマルチプレクサは,大規模量子ビットデバイスキャラクタリゼーション,大規模量子プロセッサ制御,量子誤り訂正プロトコルの配線資源を著しく削減できることがわかった。

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