論文の概要: Chiplet technology for large-scale trapped-ion quantum processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.02645v1
• Date: Tue, 02 Dec 2025 11:01:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-03 21:04:45.836462
• Title: Chiplet technology for large-scale trapped-ion quantum processors
• Title（参考訳）: 大規模トラップイオン量子プロセッサのためのチップレット技術
• Authors: Bassem Badawi, Philip C. Holz, Michael Raffetseder, Nicolas Jungwirth, Juris Ulmanis, Hans-Joachim Quenzer, Dirk Kähler, Thomas Monz, Philipp Schindler,
• Abstract要約: トラップされたイオンは、大規模量子情報プロセッサを実現する上で最も有望なプラットフォームである。 現在の進歩は、多数のイオン量子ビットへのスケーリングを可能にするために、光学部品と電子部品をマイクロファブリックイオントラップに統合することに焦点を当てている。 本稿では,チップレットと呼ばれるプロセッサモジュールが特定の機能を持ち,個別に製造されるモジュール方式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.28742959918974303
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Trapped ions are among the most promising platforms for realizing a large-scale quantum information processor. Current progress focuses on integrating optical and electronic components into microfabricated ion traps to allow scaling to large numbers of ion qubits. Most available fabrication strategies for such integrated processors employ monolithic integration of all processor components and rely heavily on CMOS-compatible semiconductor fabrication technologies that are not optimized for the requirements of a trapped-ion quantum processor. In this work, we present a modular approach in which the processor modules, called chiplets, have specific functions and are fabricated separately. The individual chiplets are then combined using heterogeneous integration techniques. This strategy opens up the possibility of choosing the optimal materials and fabrication technology for each of the chiplets, with a minimum amount of fabrication limitations compared to the monolithic approach. Chiplet technology furthermore enables novel processor functionalities to be added in a cost-effective, modular fashion by adding or modifying only a subset of the chiplets. We describe the design concept of a chiplet-based trapped-ion quantum processor and demonstrate the technology with an example of an integrated individual-ion addressing system for a ten-ion crystal. The addressing system emphasizes the modularity of the chiplet approach, combining a surface ion trap manufactured on a glass substrate with a silicon substrate carrying integrated waveguides and a stack of 3D-printed micro-optics, achieving diffraction-limited focal spots at the ion positions.
• Abstract（参考訳）: トラップされたイオンは、大規模量子情報プロセッサを実現する上で最も有望なプラットフォームである。 現在の進歩は、多数のイオン量子ビットへのスケーリングを可能にするために、光学部品と電子部品をマイクロファブリックイオントラップに統合することに焦点を当てている。 このような集積プロセッサのほとんどの製造戦略は、全てのプロセッサコンポーネントのモノリシックな統合を採用しており、トラップイオン量子プロセッサの要求に最適化されていないCMOS互換半導体製造技術に大きく依存している。 本研究では,チップレットと呼ばれるプロセッサモジュールが特定の機能を持ち,個別に構成されるモジュール方式を提案する。 個々のチップレットは、ヘテロジニアス統合技術を用いて結合される。 この戦略は、各チップレットに対して最適な材料と製造技術を選択する可能性を開き、モノリシックアプローチと比較して最小限の製造限界が生じる。 チップレット技術はさらに、チップレットのサブセットのみを追加または修正することにより、コスト効率の良いモジュール方式で新しいプロセッサ機能を追加することを可能にする。 本稿では,チップレットをベースとしたトラップイオン量子プロセッサの設計概念を解説し,この技術を10イオン結晶用統合個別イオンアドレッシングシステムの例で示す。 本発明のアドレッシングシステムは、ガラス基板上に製造された表面イオントラップと、集積導波路を有するシリコン基板と3Dプリントされたマイクロ光学系のスタックとを組み合わせて、イオン位置における回折制限焦点を達成し、チップレットアプローチのモジュラリティを強調する。

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