論文の概要: Cryogenic Control and Readout Integrated Circuits for Solid-State Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.15895v1
• Date: Mon, 21 Oct 2024 11:15:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-22 13:15:56.430372
• Title: Cryogenic Control and Readout Integrated Circuits for Solid-State Quantum Computing
• Title（参考訳）: 固体量子コンピューティングのための低温制御と読み出し集積回路
• Authors: Lingxiao Lei, Heng Huang, Pingxing Chen, Mingtang Deng,
• Abstract要約: 低温集積回路(ICs)は、室温エレクトロニクスの代替となる可能性がある。 低温で作動すると 電子ノイズが抑制され クビット制御精度が向上する CMOS ICでは、低温電界効果トランジスタの信頼性が低いため、回路設計の不確かさが生じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License:
• Abstract: In the pursuit of quantum computing, solid-state quantum systems, particularly superconducting ones, have made remarkable advancements over the past two decades. However, achieving fault-tolerant quantum computing for next-generation applications necessitates the integration of several million qubits, which presents significant challenges in terms of interconnection complexity and latency that are currently unsolvable with state-of-the-art room-temperature control and readout electronics. Recently, cryogenic integrated circuits (ICs), including CMOS radio-frequency ICs and rapid-single-flux-quantum-logic ICs, have emerged as potential alternatives to room-temperature electronics. Unlike their room-temperature counterparts, these ICs are deployed within cryostats to enhance scalability by reducing the number and length of transmission lines. Additionally, operating at cryogenic temperatures can suppress electronic noise and improve qubit control fidelity. However, for CMOS ICs specifically, circuit design uncertainties arise due to a lack of reliable models for cryogenic field effect transistors as well as issues related to severe fickle noises and power dissipation at cryogenic temperatures. This paper provides a comprehensive review of recent research on both types of cryogenic control and readout ICs but primarily focuses on the more mature CMOS technology. The discussion encompasses principles underlying control and readout techniques employed in cryogenic CMOS ICs along with their architectural designs; characterization and modeling approaches for field effect transistors under cryogenic conditions; as well as fundamental concepts pertaining to rapid single flux quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの追求において、固体量子系、特に超伝導系は過去20年間に顕著な進歩を遂げてきた。 しかし、次世代アプリケーションにフォールトトレラントな量子コンピューティングを実現するには、数百万の量子ビットの統合が必要である。 近年、CMOS無線周波数ICや高速単一磁束量子論理ICを含む極低温集積回路(IC)が室温エレクトロニクスの代替として登場している。 室温のものと異なり、これらのICは、伝送線の数と長さを減らしてスケーラビリティを向上させるために、クライオスタット内に展開される。 さらに、低温での運転は電子ノイズを抑制し、量子ビット制御の忠実性を向上させることができる。 しかし、特にCMOS ICでは、低温電界効果トランジスタの信頼性の低いモデルが欠如していることや、極低温における重音や電力散逸に関連する問題により、回路設計の不確かさが生じる。 本稿では、低温制御と読み出しICの両方に関する最近の研究を概観するが、主により成熟したCMOS技術に焦点をあてる。 この議論は、低温CMOS ICの制御と読み出し技術とアーキテクチャ設計、低温条件下での電界効果トランジスタのキャラクタリゼーションとモデリングアプローチ、および高速単一磁束量子回路に関する基本的な概念を含む。

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