論文の概要: Scaling up Superconducting Quantum Computers with Cryogenic RF-photonics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.15756v1
- Date: Thu, 27 Oct 2022 20:29:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-21 07:56:28.119447
- Title: Scaling up Superconducting Quantum Computers with Cryogenic RF-photonics
- Title（参考訳）: 極低温RFフォトニクスによる超伝導量子コンピュータのスケールアップ
- Authors: Sanskriti Joshi, Sajjad Moazeni
- Abstract要約: 本稿では,極低温RFフォトニックリンクを用いて,XY制御線路のスケールアップに着目する。
我々はまず、最先端のアプローチの課題をレビューし、研究する。
ノイズ源と熱収支の限界を解析的にモデル化することにより、我々の解は最大1000量子ビットのスケールを達成できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Today's hundred-qubit quantum computers require a dramatic scale up to
millions of qubits to become practical for solving real-world problems.
Although a variety of qubit technologies have been demonstrated, scalability
remains a major hurdle. Superconducting (SC) qubits are one of the most mature
and promising technologies to overcome this challenge. However, these qubits
reside in a millikelvin cryogenic dilution fridge, isolating them from thermal
and electrical noise. They are controlled by a rack-full of external
electronics through extremely complex wiring and cables. Although thousands of
qubits can be fabricated on a single chip and cooled down to millikelvin
temperatures, scaling up the control and readout electronics remains an elusive
goal. This is mainly due to the limited available cooling power in cryogenic
systems constraining the wiring capacity and cabling heat load management.
In this paper, we focus on scaling up the number of XY-control lines by using
cryogenic RF-photonic links. This is one of the major roadblocks to build a
thousand qubit superconducting QC. We will first review and study the
challenges of state-of-the-art proposed approaches, including cryogenic CMOS
and deep-cryogenic photonic methods, to scale up the control interface for SC
qubit systems. We will discuss their limitations due to the active power
dissipation and passive heat leakage in detail. By analytically modeling the
noise sources and thermal budget limits, we will show that our solution can
achieve a scale up to a thousand of qubits. Our proposed method can be
seamlessly implemented using advanced silicon photonic processes, and the
number of required optical fibers can be further reduced by using wavelength
division multiplexing (WDM).
- Abstract（参考訳）: 今日の100キュービットの量子コンピュータは、現実の問題を解決するために数百万キュービットまでの劇的なスケールを必要とする。
様々な量子ビット技術が実証されているが、スケーラビリティは依然として大きなハードルである。
超伝導(SC)量子ビットは、この課題を克服する最も成熟し、有望な技術の1つである。
しかし、これらのクビットはミリケルビン低温希釈冷蔵庫に存在し、熱と電気のノイズから分離される。
それらは非常に複雑な配線とケーブルを通して外部電子機器のラックフルで制御される。
1つのチップで数千キュービットを製造でき、ミリケルビンの温度まで冷やすことができるが、制御と読み出しの電子回路のスケールアップは、いまだに難解な目標である。
これは主に、配線容量とキャブリング熱負荷管理を制限した低温システムで利用可能な冷却電力が限られているためである。
本稿では,低温RF-フォトニックリンクを用いて,XY制御線路のスケールアップに着目する。
これは、1000量子ビットの超伝導qcを作る大きな障害の1つである。
まず,sc qubitシステムの制御インタフェースを大規模化するために,低温cmosや深層クリミカルフォトニック法など,最先端の手法の課題を概観し,検討する。
我々は、能動電力の消散と受動的熱漏れによる限界について詳細に論じる。
ノイズ源と熱予算の限界を解析的にモデル化することで、我々のソリューションが最大1000キュービットまでスケールできることを示します。
提案手法はシリコンフォトニックプロセスを用いてシームレスに実装でき、波長分割多重化(WDM)を用いることで必要な光ファイバーの数をさらに削減することができる。
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