基于芯片非递减控制总线的频率复用毫米波容错超导量子比特

超导量子处理器的规模化在电缆复杂度的不断攀升以及微波串扰和Purcell衰减的恶性影响方面受到根本性限制。本文提出了频率复用毫米波超导量子比特的概念，并演示了一种新型架构，将一种集成在芯片上的非递减空间-时间周期性超导频率倍频器作为频率复用量子比特阵列的通用控制总线。该总线用单个低频输入音调取代多个高频XY驱动线，该倍频器将其转换为高阶谐波的梳状波，每种共振性地对应一个量子比特。关键的是，该总线的动态和非递减特性提供了信号增益和固有的隔离，同时抑制Purcell衰减，提高了所有不同频率量子比特的T1时间，并将一致性串扰降低了两个数量级。时空调制使参数频率乘法成为可能，并创建类似于宇宙膨胀的波传播动力学，观察到类似红移的 broadening 和磁场波包的减速。基于非马尔可夫纯母方程的理论建模确认，工程化的记忆核扩展了相干性同时改变了噪声谱。完整的误差预算分析表明，该架构在超过25个量子比特的数组上保持门错误率低于容错阈值，将以串扰主导的误差预算转换为受限于固有材料相干性的误差预算。这种集成的、频率复用的、非递减控制总线 therefore 为实现前所未有的I/O简化、噪声韧性和可扩展的高相干性量子处理提供了道路。