論文の概要: Multiplexed Control at Scale for Electrode Arrays in Trapped-Ion Quantum Processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01815v1
• Date: Wed, 02 Apr 2025 15:21:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-03 13:20:43.063322
• Title: Multiplexed Control at Scale for Electrode Arrays in Trapped-Ion Quantum Processors
• Title（参考訳）: トラップイオン量子プロセッサにおける電極アレイのスケール多重化制御
• Authors: Ryutaro Ohira, Shinichi Morisaka, Ippei Nakamura, Atsushi Noguchi, Takefumi Miyoshi,
• Abstract要約: 1万個のトラップ電極を持つトラップイオン量子コンピュータは、13個のフィールドプログラマブルゲートアレイと104個の高速DACで制御できる。 これは従来の制御法で必要とされる1万の専用DACとは対照的である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The scaling up of trapped-ion quantum processors based on the quantum charge-coupled device (QCCD) architecture is difficult owing to the extensive electronics and high-density wiring required to control numerous trap electrodes. In conventional QCCD architectures, each trap electrode is controlled via a dedicated digital-to-analog converter (DAC). The conventional approach places an overwhelming demand on electronic resources and wiring complexity. This is because the number of trap electrodes typically exceeds the number of trapped-ion qubits. This study proposes a method that leverages a high-speed DAC to generate time-division multiplexed signals to control a large-scale QCCD trapped-ion quantum processor. The proposed method replaces conventional DACs with a single high-speed DAC that generates the complete voltage waveforms required to control the trap electrodes, thereby significantly reducing the wiring complexity and overall resource requirements. Based on realistic parameters and commercially available electronics, our analysis demonstrates that a QCCD trapped-ion quantum computer with 10,000 trap electrodes can be controlled using only 13 field-programmable gate arrays and 104 high-speed DACs. This is in stark contrast to the 10,000 dedicated DACs required by conventional control methods. Consequently, employing this approach, we developed a proof-of-concept electronic system and evaluated its analog output performance.
• Abstract（参考訳）: 量子電荷結合デバイス(QCCD)アーキテクチャに基づくトラップイオン量子プロセッサのスケールアップは、多数のトラップ電極を制御するのに必要な電子回路と高密度配線のために困難である。 従来のQCCDアーキテクチャでは、各トラップ電極は専用デジタルアナログコンバータ(DAC)を介して制御される。 従来の手法では、電子資源と配線の複雑さに圧倒的な需要がある。 これは、トラップ電極の数が典型的にはトラップイオン量子ビットの数を超えるためである。 本研究では、高速DACを利用して時間分割多重信号を生成し、大規模QCCDトラップイオン量子プロセッサを制御する手法を提案する。 提案手法は,従来のDACを,トラップ電極の制御に必要な完全な電圧波形を生成する単一高速DACに置き換える。 現実的なパラメータと市販電子回路に基づいて,1万個のトラップ電極を持つQCCDトラップイオン量子コンピュータを,13個のフィールドプログラマブルゲートアレイと104個の高速DACで制御可能であることを示す。 これは従来の制御法で必要とされる1万の専用DACとは対照的である。 そこで本研究では,概念実証電子システムを開発し,そのアナログ出力性能を評価した。

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