一种用于超导量子电路的低噪声高稳定性直流源

随着超导量子处理器规模的快速扩展，依赖商用现成仪器的电子控制系统在信号密度、功耗和串扰抑制方面面临关键瓶颈。本文提出了一种专用于大规模超导量子处理器的定制双通道直流源模块（QPower）。该模块提供 $\pm$7 V 的电压范围和每通道 200 mA 的最大电流，同时实现了以下关键性能基准：10 kHz 处的噪声谱密度为 20 nV/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$，20 MHz 带宽内的输出纹波 $<$500 $\mu$V$_{\mathrm{pp}}$，以及 12 小时内的长期电压漂移 $<$5 $\mu$V$_{\mathrm{pp}}$。QPower 被集成到一个 66 量子比特量子处理器的控制电子系统中，实现了量子比特相干时间 $T_1 = 87.6~\mu\mathrm{s}$ 和 Ramsey $T_2 = 5.1~\mu\mathrm{s}$，并在 12 小时运行期间将量子比特共振频率漂移限制在 $\pm$40 kHz 以内。这种模块化设计尺寸紧凑、能效高，为对噪声和稳定性有严格要求的中间规模量子处理器提供了一种可扩展的直流源解决方案，并具有扩展到其他量子硬件平台和精密测量领域的潜力。