論文の概要: Cryogenic Time-Division-Multiplexed Voltage Control for Scalable Trapped-Ion Quantum Processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.17824v1
• Date: Mon, 18 May 2026 03:56:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-19 17:57:48.798407
• Title: Cryogenic Time-Division-Multiplexed Voltage Control for Scalable Trapped-Ion Quantum Processors
• Title（参考訳）: 拡張型1オン量子プロセッサの極低温時間分割多重電圧制御
• Authors: Ryutaro Ohira, Shinichi Morisaka, Yoshinori Kurimoto, Toshiaki Inada, Ippei Nakamura, Takefumi Miyoshi, Atsushi Noguchi,
• Abstract要約: トラップイオン量子コンピュータは、キュービット当たり10個のトラップ電極の順序を必要とする。 トラップ電極の時間分割多重化(TDM)に基づく電圧制御は、この制約を緩和するための自然な経路を提供する。 2つの電極クラスに対して,TDMに基づく電圧制御方式を開発し,低温的に検証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.29316801942271303
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Trapped-ion quantum computers based on the quantum charge-coupled device architecture require on the order of ten trap electrodes per qubit, making the number of vacuum feedthroughs a bottleneck at the system scale. Time-division multiplexed (TDM)-based voltage control for trap electrodes provides a natural route to alleviate this constraint. However, previous studies have been limited to architectural proposals for static trap-potential compensation and room-temperature demonstrations of dynamic-electrode control, leaving cryogenic operation of TDM-based voltage control for static and dynamic electrodes experimentally unexplored. In this study, we develop and cryogenically validate TDM-based voltage control schemes for two distinct electrode classes. For static electrodes used in trap-potential compensation, we implement a 32-channel demultiplexed system operating at approximately 27~K, achieving an effective voltage update rate of 37.5~kHz with an output range of $\pm10~\mathrm{V}$ per channel. For dynamic electrodes used in ion operations, such as shuttling, we implement a four-channel demultiplexed system operating at approximately 14~K, achieving an effective voltage update rate of 1~MHz with a comparable output range. These results establish TDM-based voltage control as a practical approach for both electrode classes, providing a path for mitigating the vacuum feedthrough bottleneck in scalable trapped-ion quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 量子電荷結合デバイスアーキテクチャに基づくトラップイオン量子コンピュータは、キュービット当たり10個のトラップ電極の順序を必要とするため、真空フィードスルーの数はシステムスケールでボトルネックとなる。 トラップ電極の時間分割多重化(TDM)に基づく電圧制御は、この制約を緩和するための自然な経路を提供する。 しかし、従来の研究は静的トラップ電位補償と動的電極制御の室温実証のためのアーキテクチャ提案に限られており、静的電極および動的電極に対するTDMベースの電圧制御の低温動作は実験的に探索されていない。 本研究では,TDMをベースとした2種類の電極の電圧制御手法を開発し,低温で評価する。 トラップ電位補償に用いる静電極に対して、約27〜Kで動作し、有効電圧更新レートが37.5〜kHz、出力範囲が$\pm10~\mathrm{V}$となる32チャネルの非多重化システムを実装する。 シャットリングなどのイオン操作で用いられる動的電極に対して、約14〜Kで動作し、出力範囲に匹敵する1〜MHzの有効電圧更新率を達成する4チャネル多重化システムを実装した。 これらの結果は、TDMベースの電圧制御を両電極クラスの実用的なアプローチとして確立し、スケーラブルなトラップイオン量子プロセッサにおける真空フィードスルーボトルネックを緩和するための経路を提供する。

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