論文の概要: All-optical control and multiplexed readout of multiple superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21199v1
• Date: Wed, 24 Dec 2025 14:27:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.797574
• Title: All-optical control and multiplexed readout of multiple superconducting qubits
• Title（参考訳）: 多重超伝導量子ビットの全光制御と多重読み出し
• Authors: Xiaoxuan Pan, Chuanlong Ma, Jia-Qi Wang, Zheng-Xu Zhu, Linze Li, Jiajun Chen, Yuan-Hao Yang, Yilong Zhou, Jia-Hua Zou, Xin-Biao Xu, Weiting Wang, Baile Chen, Haifeng Yu, Chang-Ling Zou, Luyan Sun,
• Abstract要約: 超伝導量子回路はミリケルビン温度で動作し、室温制御と読み出し電子回路を接続するために各キュービットごとに独立したマイクロ波ケーブルを必要とする。 ここでは、超伝導量子回路のための完全な光I/Oアーキテクチャを示す。 この閉ループ光I/Oは、クビットコヒーレンス時間に測定可能な劣化を起こさず、光学駆動された単一クビットゲート忠実度は、標準マイクロ波動作と比較して0.19%しか減少しない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.306580367513329
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting quantum circuits operate at millikelvin temperatures, typically requiring independent microwave cables for each qubit for connecting room-temperature control and readout electronics. However, scaling to large-scale processors hosting hundreds of qubits faces a severe input/output (I/O) bottleneck, as the dense cable arrays impose prohibitive constraints on physical footprint, thermal load, wiring complexity, and cost. Here we demonstrate a complete optical I/O architecture for superconducting quantum circuits, in which all control and readout signals are transmitted exclusively via optical photons. Employing a broadband traveling-wave Brillouin microwave-to-optical transducer, we achieve simultaneous frequency-multiplexed optical readout of two qubits. Combined with fiber-integrated photodiode arrays for control signal delivery, this closed-loop optical I/O introduces no measurable degradation to qubit coherence times, with an optically driven single-qubit gate fidelity showing only a 0.19% reduction relative to standard microwave operation. These results establish optical interconnects as a viable path toward large-scale superconducting quantum processors, and open the possibility of networking multiple superconducting quantum computers housed in separate dilution refrigerators through a centralized room-temperature control infrastructure.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子回路はミリケルビン温度で動作し、室温制御と読み出し電子回路を接続するために各キュービットごとに独立したマイクロ波ケーブルを必要とする。 しかし、数百の量子ビットをホストする大規模プロセッサへのスケーリングは、物理的なフットプリント、熱負荷、配線の複雑さ、コストに厳しい制約が課されるため、入出力(I/O)ボトルネックに直面している。 ここでは、超伝導量子回路のための完全な光I/Oアーキテクチャを示す。 ブロードバンド・ブロードバンド・ブロードバンド・ブロードバンド・マイクロ波-光変換器を用いて、2つのキュービットの同時周波数多重光読み出しを実現する。 この閉ループ光I/Oは、光ファイバー集積フォトダイオードアレイと組み合わせて、クビットコヒーレンス時間に測定可能な劣化を生じさせない。 これらの結果は、大規模超伝導量子プロセッサへの実行可能な経路として光配線を確立し、室温制御基盤を通じて、別々の希釈冷凍機に格納された複数の超伝導量子コンピュータをネットワーク化する可能性を開く。

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