論文の概要: A system design approach toward integrated cryogenic quantum control
systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.02081v1
- Date: Thu, 3 Nov 2022 18:24:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-20 11:34:35.595576
- Title: A system design approach toward integrated cryogenic quantum control
systems
- Title（参考訳）: 集積低温量子制御系へのシステム設計アプローチ
- Authors: Mridula Prathapan, Peter Mueller, David Heim, Maria Vittoria Oropallo,
Matthias Braendli, Pier Andrea Francese, Marcel Kossel, Andrea Ruffino, Cezar
Zota, Eunjung Cha, and Thomas Morf
- Abstract要約: 大規模量子システムのための制御エレクトロニクスの設計に関するシステムレベルの視点を提供する。
低温CMOSはスケーラブル量子コンピュータの実現において重要な役割を担っている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3182204845791219
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In this paper, we provide a system level perspective on the design of control
electronics for large scale quantum systems. Quantum computing systems with
high-fidelity control and readout, coherent coupling, calibrated gates, and
reconfigurable circuits with low error rates are expected to have superior
quantum volumes. Cryogenic CMOS plays a crucial role in the realization of
scalable quantum computers, by minimizing the feature size, lowering the cost,
power consumption, and implementing low latency error correction. Our approach
toward achieving scalable feed-back based control systems includes the design
of memory based arbitrary waveform generators (AWG's), wide band radio
frequency analog to digital converters, integrated amplifier chain, and state
discriminators that can be synchronized with gate sequences. Digitally assisted
designs, when implemented in an advanced CMOS node such as 7 nm can reap the
benefits of low power due to scaling. A qubit readout chain demands several
amplification stages before the digitizer. We propose the co-integration of our
in-house developed InP HEMT LNAs with CMOS LNA stages to achieve the required
gain at the digitizer input with minimal area. Our approach using high
impedance matching between the HEMT LNA and the cryogenic CMOS receiver can
relax the design constraints of an inverter-based CMOS LNA, paving the way
toward a fully integrated qubit readout chain. The qubit state discriminator
consists of a digital signal processor that computes the qubit state from the
digitizer output and a pre-determined threshold. The proposed system realizes
feedback-based optimal control for error mitigation and reduction of the
required data rate through the serial interface to room temperature
electronics.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,大規模量子システムのための制御エレクトロニクスの設計について,システムレベルの視点を提供する。
高忠実性制御と読み出し、コヒーレントカップリング、キャリブレーションゲート、エラーレートの低い再構成可能な回路を備えた量子コンピューティングシステムは、優れた量子ボリュームを持つことが期待される。
低温CMOSは、機能サイズの最小化、コスト削減、消費電力削減、低レイテンシエラー修正の実装により、スケーラブルな量子コンピュータの実現において重要な役割を果たす。
スケーラブルなフィードバック制御システムを実現するためのアプローチとしては,メモリベース任意波形生成器(awg)の設計,ディジタルコンバータの広帯域無線周波数アナログ,アンプチェーンの統合,ゲートシーケンスに同期可能な状態判別器などがある。
7nmのような高度なCMOSノードに実装されたディジタルアシスト設計は、スケーリングによる低消費電力の利点を享受することができる。
キュービット読み出しチェーンは、デジタイザの前にいくつかの増幅段階を要求する。
我々は、最小面積のデジタイザ入力において必要なゲインを達成するために、社内で開発したInP HEMT LNAをCMOS LNAステージで統合することを提案する。
HEMT LNAと低温CMOS受信機との高インピーダンスマッチングを用いたアプローチは、インバータベースのCMOS LNAの設計制約を緩和し、完全に統合された量子ビットリードアウトチェーンへの道を歩むことができる。
クビット状態判別器は、ディジタイザ出力からクビット状態を算出するデジタル信号処理装置と、予め決定された閾値とから構成される。
提案方式は, 室温電子回路へのシリアルインタフェースによる誤差低減とデータレート低減のためのフィードバックに基づく最適制御を実現する。
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