論文の概要: Bidirectional Quantum Processor Interfacing by a 4-Kelvin Analog Signal Chain for Superconducting Qubit Control and Quantum State Readout

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.14165v1
• Date: Sun, 15 Feb 2026 14:29:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-17 14:17:28.679583
• Title: Bidirectional Quantum Processor Interfacing by a 4-Kelvin Analog Signal Chain for Superconducting Qubit Control and Quantum State Readout
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビット制御と量子状態読み取りのための4ケルビンアナログ信号チェーンを用いた双方向量子プロセッサ
• Authors: Deepak R, Lokendra Kanawat, Jayadeep K, Priyesh Shukla,
• Abstract要約: 本稿では,超伝導量子ビット制御と量子状態読み出しのための包括的低温アナログ信号処理アーキテクチャを提案する。 提案システムでは,ミリケルビン段階の量子プロセッサを用いた完全双方向信号経路ブリッジルーム温度デジタルコントローラを実装した。 シミュレーションの結果,I/Q位相誤差が35dB以上の画像拒絶率,シンボル誤り率が10～6$以下であることが確認された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6116440163779425
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This paper presents a comprehensive cryogenic analog signal processing architecture designed for superconducting qubit control and quantum state readout operating at 4 Kelvin. The proposed system implements a complete bidirectional signal path bridging room-temperature digital controllers with quantum processors at millikelvin stages. The control path incorporates a Phase-Locked Loop (PLL) for stable local oscillator generation, In-phase/Quadrature (I/Q) modulation for precise qubit gate operations, and a cryogenic power amplifier for signal conditioning. The readout path features a Low Noise Amplifier (LNA) with 14 dB gain and 8-Phase Shift Keying (8-PSK) demodulation for quantum state discrimination. All circuit blocks are designed and validated through SPICE simulations employing cryogenic MOSFET models at 180nm that account for carrier freeze-out, threshold voltage elevation, and enhanced mobility at 4 K. Simulation results demonstrate successful end-to-end signal integrity with I/Q phase error below 2°, image rejection ratio exceeding 35~dB, and symbol error rate below $10^{-6}$. This work provides a modular, simulation-validated framework for scalable cryogenic quantum control systems.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,4ケルビンで動作する量子状態読み出しと量子ビット制御のための包括的低温アナログ信号処理アーキテクチャを提案する。 提案システムでは,ミリケルビン段階の量子プロセッサを用いた完全双方向信号経路ブリッジルーム温度デジタルコントローラを実装した。 制御経路は、安定な局所発振器発生のための位相同期ループ(PLL)、精密なキュービットゲート操作のためのIn相/Quadrature(I/Q)変調、信号コンディショニングのための低温パワーアンプを含む。 読み出しパスは低ノイズ増幅器 (LNA) を備え、14dBゲインと8-PSK(8-Phase Shift Keying)復調により量子状態の識別を行う。 全回路ブロックは, キャリアフリートアウト, しきい値電圧上昇, 4Kでのモビリティ向上を考慮した180nmの低温MOSFETモデルを用いたSPICEシミュレーションにより設計・検証され, シミュレーションの結果, I/Q位相誤差が2°以下, 画像拒絶比が35〜dB以上, シンボル誤り率が10〜-6$以下であることが実証された。 この研究は、スケーラブルな低温量子制御システムのためのモジュラーでシミュレーション検証可能なフレームワークを提供する。

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