論文の概要: Manarat: A Scalable QICK-Based Control System for Superconducting Quantum Processors Supporting Synchronized Control of 10 Flux-Tunable Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.10676v1
- Date: Mon, 14 Jul 2025 18:01:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-16 19:46:02.821634
- Title: Manarat: A Scalable QICK-Based Control System for Superconducting Quantum Processors Supporting Synchronized Control of 10 Flux-Tunable Qubits
- Title（参考訳）: Manarat: 10 Flux-Tunable Qubitの同期制御をサポートする超電導量子プロセッサのためのスケーラブルQICKベースの制御システム
- Authors: Agustin Silva, Alvaro Orgaz-Fuertes,
- Abstract要約: ManaratはQuantum Instrumentation Control Kit (QICK)をベースにしたスケーラブルなマルチボード制御プラットフォームである。
複数のAMD ZCU216 RFSoCボードに100ps以下のタイミングアライメントを可能にするため、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの拡張が組み込まれている。
2つのRFSoC基板で制御される10ビット超伝導プロセッサ上でのマナラトの有効性を検証し、同期制御シーケンスの信頼性を実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: A scalable control architecture for superconducting quantum processors is essential as the number of qubits increases and coherent multi-qubit operations span beyond the capacity of a single control module. The Quantum Instrumentation Control Kit (QICK), built on AMD RFSoC platforms, offers a flexible open-source framework for pulse-level qubit control but lacks native support for multi-board synchronization, limiting its applicability to mid- and large-scale quantum devices. To overcome this limitation, we introduce Manarat, a scalable multi-board control platform based on QICK that incorporates hardware, firmware, and software enhancements to enable sub-100 ps timing alignment across multiple AMD ZCU216 RFSoC boards. Our system integrates a low-jitter clock distribution network, modifications to the tProcessor, and a synchronization scheme to ensure deterministic alignment of program execution across boards. It also includes a custom analog front-end for flux control that combines high-speed RF signals with software-programmable DC biasing voltages generated by a low-noise, high-precision DAC. These capabilities are complemented by a software stack capable of orchestrating synchronized multi-board experiments and fully integrated with the open-source Qibo framework for quantum device calibration and algorithm execution. We validate Manarat on a 10-qubit superconducting processor controlled by two RFSoC boards, demonstrating reliable execution of synchronized control sequences for cross-board CZ gate calibration. These results confirm that sub-nanosecond synchronization and coherent control is achievable across multiple RFSoC boards, enabling scalable operation of superconducting quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサのためのスケーラブルな制御アーキテクチャは、量子ビットの数が増加し、コヒーレントなマルチキュービット演算が単一制御モジュールの容量を超えているため、不可欠である。
AMD RFSoCプラットフォーム上に構築されたQuantum Instrumentation Control Kit (QICK)は、パルスレベル量子ビット制御のための柔軟なオープンソースフレームワークを提供するが、マルチボード同期のネイティブサポートがなく、中規模および大規模量子デバイスに限定している。
この制限を克服するために,ハードウェア,ファームウェア,ソフトウェア拡張を組み込んだスケーラブルなマルチボード制御プラットフォームであるManaratを導入し,複数のAMD ZCU216 RFSoCボード間の100ps以下のタイミングアライメントを実現する。
本システムは,低ジッタクロック分布ネットワーク,tProcessorの変更,およびプログラム実行の決定論的アライメントを確保するための同期スキームを統合している。
また、高速RF信号と低ノイズで高精度なDACによって発生するソフトウェアプログラム可能なDCバイアス電圧を組み合わせた、フラックス制御のためのカスタムアナログフロントエンドも備えている。
これらの機能は、同期マルチボード実験をオーケストレーションできるソフトウェアスタックによって補完され、量子デバイスキャリブレーションとアルゴリズム実行のためのオープンソースのQiboフレームワークと完全に統合されている。
2つのRFSoC基板で制御される10ビット超伝導プロセッサ上でマナラトを検証し、CZゲートキャリブレーションのための同期制御シーケンスの信頼性を実証した。
これらの結果は、複数のRFSoC基板上でナノ秒以下の同期とコヒーレント制御が可能であることを確認し、超伝導量子コンピュータのスケーラブルな動作を可能にする。
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