論文の概要: Single Flux Quantum Circuit Operation at Millikelvin Temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06895v1
• Date: Sun, 07 Dec 2025 15:41:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.578101
• Title: Single Flux Quantum Circuit Operation at Millikelvin Temperatures
• Title（参考訳）: ミルクセルビン温度における単一磁束量子回路の動作
• Authors: Jason Walter, Adam C. Weis, Kan-Ting Tsai, Meng-Ju Yu, Naveen Katam, Alex F. Kirichenko, Oleg A. Mukhanov, Shu-Jen Han, Igor V. Vernik,
• Abstract要約: 単一磁束量子(SFQ)回路は、リモート、バルク、パワーハングリーの室温エレクトロニクスに代わる有望な代替手段を提供する。 SFQ回路はミリケルビン温度での量子プロセッサの動作に適応しなければならない。 SEEQCのSFQuClassデジタル量子マネージメントアプローチは、エネルギー効率の良いSFQ回路とキュービットをマルチチップモジュールに配置する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5056353158521135
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: As quantum computing processors increase in size, there is growing interest in developing cryogenic electronics to overcome significant challenges to system scaling. Single flux-quantum (SFQ) circuits offer a promising alternative to remote, bulky, and power-hungry room temperature electronics. To meet the need for digital qubit control, readout, and co-processing, SFQ circuits must be adapted to operate at millikelvin temperatures near quantum processors. SEEQC's SFQuClass digital quantum management approach proximally places energy-efficient SFQ (ERSFQ) circuits and qubits in a multi-chip module. This enables extremely low power dissipation, compatible with a typical dilution cryostat's limited cooling power, while maintaining high processing speed and low error rates. We report on systematic testing from 4 K to 10 mK of a comprehensive set of ERSFQ cells, as well as more complex circuits such as programmable counters and demultiplexers used in digital qubit control. We compare the operating margins and error rates of these circuits and find that, at millikelvin, bias margins decrease and the center of the margins (i.e., the optimal bias current value) increases by ~15%, compared to 4.2 K. The margins can be restored by thermal annealing by reducing Josephson junction (JJ) critical current Ic. To provide guidance for how circuit parameters vary from 4.2 K to millikelvin, relevant analog process control monitors (PCMs) were tested in the temperature range of interest. The measured JJ critical current (of the PCM JJ arrays) increases by ~15% when decreasing temperature from 4.2 K to millikelvin, in good agreement with both theory and the empirically measured change in the center of bias margins for the tested digital circuits.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングプロセッサのサイズが大きくなるにつれて、システムスケーリングにおける重要な課題を克服するために低温エレクトロニクスの開発への関心が高まっている。 単一磁束量子(SFQ)回路は、リモート、バルク、パワーハングリーの室温エレクトロニクスに代わる有望な代替手段を提供する。 デジタル量子ビット制御、読み出し、コプロセッシングの必要性を満たすため、SFQ回路は量子プロセッサの近くのミリケルビン温度で動作するように適応する必要がある。 SEEQCのSFQuClassデジタル量子マネージメントアプローチは、エネルギー効率の高いSFQ(ERSFQ)回路とキュービットをマルチチップモジュールに確率的に配置する。 これにより、通常の希釈クライオスタットの限られた冷却電力と互換性があり、高い処理速度と低いエラー率を維持することができる。 本稿では,ERSFQセルの包括的集合である4Kから10mKまでの系統的テストと,デジタル量子ビット制御に使用されるプログラム可能なカウンタやデマルチプレクタなどの複雑な回路について報告する。 これらの回路の動作マージンと誤差率を比較し、ミリケルビンでは、ジョセフソン接合(JJ)臨界電流Icを減少させることにより、そのマージンが熱焼鈍により回復し、バイアスマージンが減少し、マージンの中心(最適バイアス電流値)が約15%増加することを発見した。 回路パラメータが4.2Kからミリケルビンにどのように変化するかを示すためのガイダンスとして、関連するアナログプロセス制御モニター(PCM)が温度範囲でテストされた。 測定されたJJ臨界電流(PCM JJアレイの)は4.2Kからミリケルビンまで温度を下げるときに ~15% 増加する。

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