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 21:44:05.232325
• 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
• 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
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• 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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