論文の概要: A Control Line Multiplexing Framework for Scalable Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.35227v3
- Date: Wed, 28 Oct 2026 04:49:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-30 22:39:27.501306
- Title: A Control Line Multiplexing Framework for Scalable Quantum Computing
- Title（参考訳）: スケーラブル量子コンピューティングのための制御ライン多重化フレームワーク
- Abstract要約: マイクロ波周波数分割多重化(FDM)は、多くの独立したチャネルが共通の伝送インフラを共有することを可能にし、古典的な通信に革命をもたらした。
量子誤り訂正における最近の研究は、マイクロ波ベースの読み出し、単一量子ゲート、漏れ抑制を実証しているが、一方、2量子ゲートは、主に単極パルスによって駆動されている。
本稿では,全てのゲート操作が多色パルスと帯域通過フィルタを用いて多重化される周期的ハイブリッド多重化フレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 25.81165857259793
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Universal fault-tolerant superconducting quantum computers are expected to require millions of physical qubits; yet extending the prevailing dedicated-control-line paradigm to this scale would exceed the wiring density and cooling-power budget of dilution refrigerators. Microwave frequency-division multiplexing (FDM) revolutionized classical communications by enabling many independent channels to share common transmission infrastructure. Translating this principle to superconducting quantum control, however, requires an all-microwave architecture and experimental validation of frequency-multiplexed gate control. Recent work in quantum error correction has demonstrated microwave-based readout, single-qubit gates and leakage suppression, whereas two-qubit gates remain predominantly driven by unipolar pulses and thus constitute the missing element of an all-microwave architecture. Here, we propose a periodically extensible hybrid multiplexing framework in which all gate operations are frequency-division multiplexed using polychromatic microwave pulses and band-pass filters, thereby reducing the required control-line count by one to two orders of magnitude. In a 1:4 demonstration, we achieve average errors of $(6.4\pm0.2)\times10^{-3}$ for parallel FDM CZ gates and $(10.6\pm0.2)\times10^{-4}$ for parallel FDM $XY(π/2)$ gates, without statistically significant multiplexing-induced degradation. Together with on-chip DC sources, this FDM-based gate-control scheme completes the last missing module in a scalable multiplexed-control architecture toward universal fault-tolerant quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 普遍的なフォールトトレラント超伝導量子コンピュータは、数百万の物理量子ビットを必要とすると予想されるが、このスケールに広く普及する専用制御ラインのパラダイムは、希釈冷凍機の配線密度と冷却電力予算を超えるだろう。
マイクロ波周波数分割多重化(FDM)は、多くの独立したチャネルが共通の伝送インフラを共有することを可能にし、古典的な通信に革命をもたらした。
しかし、この原理を超伝導量子制御に翻訳するには、全マイクロ波アーキテクチャと周波数多重ゲート制御の実験的検証が必要である。
量子誤差補正における最近の研究は、マイクロ波ベースの読み出し、単一量子ゲート、漏れ抑制を実証しているが、一方、2量子ゲートは単極パルスによって主に駆動され、全マイクロ波アーキテクチャの欠落要素を構成する。
本稿では,全ゲート動作を多色マイクロ波パルスと帯域通過フィルタで多重化することにより,必要な制御線数を1～2桁に削減する,周期的に拡張可能なハイブリッド多重化フレームワークを提案する。
1:4のデモでは、並列FDM CZゲートは(6.4\pm0.2)\times10^{-3}$、並列FDM$XY(π/2)$ゲートは(10.6\pm0.2)\times10^{-4}$となる。
オンチップDCソースとともに、このFDMベースのゲート制御スキームは、フォールトトレラント量子コンピューティングへの拡張性のある多重制御アーキテクチャにおける最後の欠落モジュールを完成させる。
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