論文の概要: A trilinear quantum dot architecture for semiconductor spin qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.17814v2
- Date: Thu, 20 Mar 2025 16:49:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-21 16:31:24.248698
- Title: A trilinear quantum dot architecture for semiconductor spin qubits
- Title（参考訳）: 半導体スピン量子ビットのためのトリリニア量子ドットアーキテクチャ
- Authors: R. Li, V. Levajac, C. Godfrin, S. Kubicek, G. Simion, B. Raes, S. Beyne, I. Fattal, A. Loenders, W. De Roeck, M. Mongillo, D. Wan, K. De Greve,
- Abstract要約: 本稿では,各量子ドットへの個別の配線を可能としながら,物理配置において簡便なトリ線形量子ドットアレイを提案する。
電子シャットリングにより、トリリニアアーキテクチャは2次元の正方格子と同等かそれ以上の量子ビット接続を提供する。
また、量子ビットチップを低消費電力スイッチベースのCryoCMOS回路と3D統合して並列量子ビット演算を行うスケーラブルな制御方式を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Semiconductor quantum dot spin qubits hold significant potential for scaling to millions of qubits for practical quantum computing applications, as their structure highly resembles the structure of conventional transistors. Since classical semiconductor manufacturing technology has reached an unprecedented level of maturity, reliably mass-producing CMOS chips with hundreds of billions of components, conventional wisdom dictates that leveraging CMOS technologies for quantum dot qubits can result in upscaled quantum processors with thousands or even millions of interconnected qubits. However, the interconnect requirements for quantum circuits are very different from those for classical circuits, where for each qubit individual control and readout wiring could be needed. Although significant developments have been demonstrated on small scale systems, qubit numbers remain limited, to a large extent due to the lack of scalable qubit interconnect schemes. Here, we present a trilinear quantum dot array that is simple in physical layout while allowing individual wiring to each quantum dot. By means of electron shuttling, the trilinear architecture provides qubit connectivity that is equivalent to or even surpasses that of 2D square lattice. Assuming the current qubit fidelities of small-scale devices can be extrapolated to large-scale arrays, medium-length shuttling arrays on the order of tens of microns would allow million-scale qubit systems, while maintaining manageable overheads. We also present a scalable control scheme, where the qubit chip is 3D-integrated with a low-power switch-based cryoCMOS circuit for parallel qubit operation with limited control inputs. As our trilinear quantum dot array is fully compatible with existing semiconductor technologies, this qubit architecture represents one possible framework for future research and development of large-scale spin qubit systems.
- Abstract（参考訳）: 量子ドットスピン量子ビットは、その構造が従来のトランジスタの構造に非常によく似ているため、実用的な量子コンピューティング用途のために数百万の量子ビットにスケーリングする大きな可能性を秘めている。
古典的な半導体製造技術はかつてないほどの成熟度に達し、数十億のコンポーネントで確実に大量生産されるCMOSチップであるため、従来の知恵では、量子ドット量子ビットにCMOS技術を活用することで、数千から数百万の相互接続量子ビットによるアップスケール量子プロセッサが実現される可能性がある。
しかし、量子回路の相互接続要件は古典回路とは大きく異なり、各量子ビットの個別制御と読み出し配線が必要とされる。
小規模システムでは大きな発展が見られるが、スケーラブルな量子ビット相互接続スキームが欠如しているため、量子ビット数は限られている。
ここでは、各量子ドットへの個別の配線を可能としながら、物理配置が簡単であるトリリニア量子ドットアレイを提案する。
電子シャットリングにより、トリリニアアーキテクチャは2次元の正方格子と同等かそれ以上の量子ビット接続を提供する。
小型デバイスの現在の量子ビット密度を大規模配列に外挿できると仮定すると、数十ミクロン程度の中長のシャットリングアレイは、管理可能なオーバーヘッドを維持しながら、数百万の量子ビットシステムを可能にする。
また、量子ビットチップを低消費電力スイッチベースのCryoCMOS回路と3D統合し、制御入力を制限した並列量子ビット演算を行うスケーラブルな制御方式を提案する。
我々のトリリニア量子ドットアレイは、既存の半導体技術と完全に互換性があるため、この量子ビットアーキテクチャは、大規模なスピン量子ビットシステムの研究と開発のための1つの可能なフレームワークである。
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