論文の概要: Qubit-Based Benchmarking of InP HEMT LNAs: Readout Fidelity Versus Power Consumption
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.07250v2
- Date: Wed, 09 Sep 2026 14:06:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-10 19:44:08.400572
- Title: Qubit-Based Benchmarking of InP HEMT LNAs: Readout Fidelity Versus Power Consumption
- Title（参考訳）: InP HEMT LNAのQubit-based Benchmarking: Readout Fidelity Versus Power Consumption
- Abstract要約: 超伝導量子ビットの高制約単一ショット読み出しは、フォールトトレラント量子計算に不可欠である。
HEMT LNAの53%,60%,70%のチャネルインジウム含有量に対するqubit-in-the-loopベンチマーク法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.893109323660108
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: High-fidelity single-shot readout of superconducting qubits is essential for fault-tolerant quantum computation. Without a quantum-limited amplifier such as a Josephson parametric amplifier, the cryogenic high-electron-mobility-transistor (HEMT) low-noise amplifier (LNA) at the 4 K stage is the dominant noise source in the readout chain. HEMT LNAs are conventionally characterized by Y-factor measurements of the noise temperature $T_N$, independently of the quantum measurement they ultimately serve. Here we present a qubit-in-the-loop benchmarking method. The method uses the two-dimensional IQ histogram of single-shot readout as a direct figure of merit. We apply it to three state-of-the-art cryogenic InP HEMT LNAs with 53\%, 60\%, and 70\% channel indium content, together with a commercial reference amplifier. The 60\% and 70\% devices have similar $T_N$ in Y-factor measurements, both lower than the 53\% device. The 70\% device has the highest gain, but qubit readout SNR and assignment fidelity $\mathcal{F}_a$ instead peak at 60\%. Using this method, we map $\mathcal{F}_a$ against HEMT LNA dc power consumption for each device. $\mathcal{F}_a$ does not simply saturate with increasing power. For several devices it declines above a device-dependent power well below typical operating points. For the 60\% device, which has the highest overall $\mathcal{F}_a$, about 1~mW is needed to maintain $\mathcal{F}_a > 85\%$. Across all four devices, $\mathcal{F}_a > 80\%$ is reached with as little as about 0.3~mW, roughly an order of magnitude below typical operating points. These results establish a qubit-referenced benchmarking methodology and provide practical guidance for amplifier selection and bias in power-constrained multi-qubit readout systems.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットの高忠実性単一ショット読み出しは、フォールトトレラント量子計算に不可欠である。
ジョセフソンパラメトリック増幅器のような量子制限増幅器がなければ、4K段階の低温高電子移動トランジスタ(HEMT)低雑音増幅器(LNA)がリードアウトチェーンにおける支配的なノイズ源となる。
HEMT LNAは、最終的に提供される量子測定とは独立に、ノイズ温度$T_N$のY因子測定によって特徴付けられる。
ここではqubit-in-the-loopベンチマーク手法を提案する。
この方法は、単発読み出しの2次元IQヒストグラムをメリットの直接的な図形として用いている。
53\%, 60\%, 70\%チャネルインジウム含有量の3つの最先端低温InP HEMT LNAに商用基準アンプとともに適用した。
60\%および70\%デバイスは、Y因子測定において同様の$T_N$を持ち、どちらも53\%デバイスより低い。
70\%のデバイスは最高のゲインを持つが、qubitreadout SNRと代入フィデリティ$\mathcal{F}_a$は60\%である。
この方法を用いて,HEMT LNA dc の電力消費に対して $\mathcal{F}_a$ をマップする。
$\mathcal{F}_a$ は、単にパワーの増加とともに飽和するわけではない。
いくつかのデバイスでは、通常の動作ポイントよりはるかに低いデバイス依存のパワーよりも低下する。
合計$\mathcal{F}_a$が最も高い60\%のデバイスでは、$\mathcal{F}_a > 85\%$を維持するために約1~mWが必要である。
4つのデバイス全体では、$\mathcal{F}_a > 80\%$は0.3〜mW程度で到達する。
これらの結果から,電力制約付きマルチキュービット読み出しシステムにおける増幅器選択とバイアスの実践的ガイダンスが得られた。
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