論文の概要: A C-Band Cryogenic GaAs MMIC Low-Noise Amplifier for Quantum Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.19477v1
- Date: Fri, 27 Dec 2024 06:04:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-30 17:25:46.703675
- Title: A C-Band Cryogenic GaAs MMIC Low-Noise Amplifier for Quantum Applications
- Title（参考訳）: 量子応用のためのC帯極低温GaAsMMIC低雑音増幅器
- Authors: Zechen Guo, Daxiong Sun, Peisheng Huang, Xuandong Sun, Yuefeng Yuan, Jiawei Zhang, Wenhui Huang, Yongqi Liang, Jiawei Qiu, Jiajian Zhang, Ji Chu, Weijie Guo, Ji Jiang, Jingjing Niu, Wenhui Ren, Ziyu Tao, Xiayu Linpeng, Youpeng Zhong, Dapeng Yu,
- Abstract要約: 大規模超伝導量子コンピュータは、量子ビット読み出しのために大量の高性能低温低雑音増幅器(cryo-LNA)を必要とする。
本稿では,Cバンド型モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)について述べる。
この低温LNAは150nmGaAs擬態高電子移動トランジスタ(pHEMT)プロセスに基づいており、3段階のカスケードアーキテクチャで実装されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.1696989907263
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- Abstract: Large-scale superconducting quantum computers require massive numbers of high-performance cryogenic low-noise amplifiers (cryo-LNA) for qubit readout. Here we present a C-Band monolithic microwave integrated circuit (MMIC) cryo-LNA for this purpose. This cryo-LNA is based on 150 nm GaAs pseudomorphic high electron mobility transistor (pHEMT) process and implemented with a three-stage cascaded architecture, where the first stage adopts careful impedance match to optimize the noise and return loss. The integration of negative feedback loops adopted in the second and third-stage enhances the overall stability. Moreover, the pHEMT-self bias and current multiplexing circuitry structure facilitate the reduction of power consumption and require only single bias line. Operating at an ambient temperature of 3.6 K and consuming 15 mW, the cryo-LNA demonstrates good performance in the C-band, reaching a 5 K equivalent noise temperature and an average gain of 40 dB. We further benchmark this cryo-LNA with superconducting qubits, achieving an average single-shot dispersive readout fidelity of 98.3% without assistance from a quantum-limited parametric amplifier. The development of GaAs cryo-LNA diversifies technical support necessary for large-scale quantum applications.
- Abstract（参考訳）: 大規模超伝導量子コンピュータは、量子ビット読み出しのために大量の高性能低温低雑音増幅器(cryo-LNA)を必要とする。
本稿では,Cバンド型モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)について述べる。
この低温LNAは150nmGaAs擬態性高電子移動トランジスタ(pHEMT)プロセスに基づいており、3段階のカスケードアーキテクチャで実装されている。
第2段と第3段で採用される負のフィードバックループの統合により、全体的な安定性が向上する。
さらに、pHEMT自己バイアスと電流多重回路構造は消費電力の低減を促進し、単一のバイアス線のみを必要とする。
周囲温度3.6Kで動作し、15mWを消費すると、低温LNAはCバンドの優れた性能を示し、5K相当の雑音温度に達し、平均利得は40dBに達する。
さらに、この低温LNAを超伝導量子ビットでベンチマークし、量子制限パラメトリック増幅器の助けなしに平均で98.3%の単発分散読み出しフィリティを達成する。
GaAs-LNAの開発は、大規模量子アプリケーションに必要な技術サポートを多様化させる。
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