論文の概要: Frequency-Multiplexed Millimeter-Wave Fault-Tolerant Superconducting Qubits Enabled by an On-Chip Nonreciprocal Control Bus
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.17588v1
- Date: Fri, 19 Dec 2025 13:57:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-22 19:25:54.414762
- Title: Frequency-Multiplexed Millimeter-Wave Fault-Tolerant Superconducting Qubits Enabled by an On-Chip Nonreciprocal Control Bus
- Title（参考訳）: オンチップ非相互制御バスで実現可能な周波数多重ミリ波超伝導量子ビット
- Authors: Sajjad Taravati,
- Abstract要約: 超伝導量子プロセッサのスケーリングは、マイクロ波クロストークと崩壊パーセルのエスカレーション効果によって根本的に制限される。
本稿では,周波数多重ミリ波超伝導量子ビットの概念を提案する。
これは、オンチップの低温非相互時空周期超伝導周波数乗算器を統合する新しいアーキテクチャを実証している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Scaling superconducting quantum processors is fundamentally limited by the escalating complexity of cryogenic wiring and the debilitating effects of microwave crosstalk and Purcell decay. This paper proposes the concept of frequency-multiplexed millimeter-wave superconducting qubits and demonstrates a novel architecture that integrates an on-chip cryogenic nonreciprocal space-time-periodic superconducting frequency multiplier as a universal control bus for a frequency-multiplexed qubit array. The bus replaces multiple high-frequency XY drive lines with a single low-frequency input tone, which the multiplier converts into a comb of high-order harmonics, each resonantly addressing a distinct qubit. Crucially, the dynamic and nonreciprocal nature of the bus provides signal gain and intrinsic isolation that simultaneously suppresses Purcell decay, enhancing T1 times across all distinct-frequency qubits, and reduces coherent crosstalk by more than two orders of magnitude. The spatiotemporal modulation enables parametric frequency multiplication and creates wave-propagation dynamics analogous to cosmological expansion, with observed redshift-like broadening and deceleration of magnetic-field wavepackets. Theoretical modeling based on a non-Markovian master equation confirms that the engineered memory kernel extends coherence while reshaping the noise spectrum. Full error-budget analysis shows that the architecture maintains gate errors below the fault-tolerance threshold for arrays exceeding 25 qubits, converting a crosstalk-dominated error budget into one limited by intrinsic material coherence. This integrated, frequency-multiplexed, and nonreciprocal control bus therefore offers a path toward unprecedented I/O simplification, noise resilience, and scalable high-coherence quantum processin
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサのスケーリングは、低温配線のエスカレート複雑さとマイクロ波クロストークとパーセル崩壊の安定化効果により、基本的に制限されている。
本稿では、周波数多重化ミリ波超伝導キュービットの概念を提案し、周波数多重化キュービットアレイの普遍制御バスとして、オンチップの低温非相反時空間周期超伝導周波数乗算器を統合する新しいアーキテクチャを実証する。
バスは複数の高周波XYドライブラインを1つの低周波入力トーンに置き換え、乗算器は高次高調波のコムに変換し、それぞれ異なるキュービットに共振する。
バスの動的かつ非相互性は信号ゲインと本質的な分離を提供し、同時にパーセルの崩壊を抑え、T1倍を全ての異なる周波数キュービットにわたって増加させ、コヒーレントなクロストークを2桁以上減少させる。
時空間変調によりパラメトリック周波数乗算が可能となり、観測された赤方偏移のような拡大と磁場波束の減速を伴う宇宙膨張に類似した波動伝播ダイナミクスが生成される。
非マルコフマスター方程式に基づく理論的モデリングは、設計されたメモリカーネルがノイズスペクトルを変換しながらコヒーレンスを拡張することを確認する。
完全なエラー予算分析により,25量子ビットを超える配列の耐故障閾値以下でゲートエラーを維持でき,クロストークに支配されるエラー予算を,本質的な素材コヒーレンスによって制限された1つに変換する。
この統合、周波数多重化、非相互制御バスは、前例のないI/O単純化、ノイズレジリエンス、スケーラブルな高コヒーレンス量子プロセスへの道を提供する。
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