論文の概要: Optimal operating temperature for industry-compatible silicon spin quantum computing: colder is not necessarily better

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.11846v1
• Date: Mon, 13 Jul 2026 17:35:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-14 17:47:21.574601
• Title: Optimal operating temperature for industry-compatible silicon spin quantum computing: colder is not necessarily better
• Title（参考訳）: 業界対応のシリコンスピン量子コンピューティングのための最適運転温度:寒さが必ずしも良いとは限らない
• Abstract要約: 有用な耐故障性プロセッサへのスケーリングは、ミリケルビン温度で利用可能な冷却電力を超える熱負荷を発生させる可能性がある。 有限の最適運転温度が存在し、現在の装置では1K付近のクロスオーバー温度に強く影響されていることを示す。 これらの結果は、デバイスレベルの忠実度制限をシステムレベルの電力要求に結び付け、大規模シリコン量子コンピュータの設計ガイドラインを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12528091479448752
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Silicon spin qubits are a leading candidate for large-scale quantum computing owing to their compatibility with semiconductor manufacturing. However, scaling to useful fault-tolerant processors will likely generate thermal loads that exceed the cooling power available at millikelvin temperatures. Raising the operating temperature eases cooling requirements but reduces gate fidelity, increasing the overhead of quantum error correction. Identifying the operating temperature that minimizes total power consumption is therefore a key challenge for commercially viable quantum computers. Here, we use gate set tomography to benchmark two-qubit silicon chips fabricated in both industrial and academic environments over a range of temperatures. Elevated temperatures substantially shorten coherence times and increase gate and state-preparation-and-measurement infidelities. Based on these measurements, we develop a general power model for silicon quantum computers that combines cryogenic cooling requirements with error-correction overheads. We show that a finite optimal operating temperature exists and is strongly influenced by a crossover temperature near 1 K in current devices, above which gate fidelity degrades rapidly. These results connect device-level fidelity limitations to system-level power requirements, providing design guidelines for large-scale silicon quantum computers.
• Abstract（参考訳）: シリコンスピン量子ビットは、半導体製造との互換性のため、大規模量子コンピューティングの主要な候補である。 しかし、有用な耐故障性プロセッサへのスケーリングでは、ミリケルビン温度で利用可能な冷却電力を超える熱負荷が発生する可能性が高い。 動作温度の上昇は冷却要求を緩和するが、ゲートの忠実度を低下させ、量子エラー補正のオーバーヘッドを増大させる。 したがって、総消費電力を最小化する動作温度の同定は、商業的に実現可能な量子コンピュータにとって重要な課題である。 ここでは、ゲートセットトモグラフィーを用いて、産業用および学術用の両方で製造された2量子シリコンチップを、幅広い温度でベンチマークする。 高温はコヒーレンス時間を著しく短縮し、ゲートと状態調整の不確かさを増大させる。 これらの測定に基づいて,低温冷却条件と誤差補正オーバーヘッドを組み合わせたシリコン量子コンピュータの汎用電力モデルを開発した。 有限の最適運転温度が存在し, ゲート忠実度が急速に低下する現在の装置において, 1K付近のクロスオーバー温度に強く影響されていることを示す。 これらの結果は、デバイスレベルの忠実度制限をシステムレベルの電力要求に結び付け、大規模シリコン量子コンピュータの設計ガイドラインを提供する。

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