低温 CMOS 芯片中对硅量子点的集成复用微波读出
量子物理
2021-01-22 v1 介观与纳米尺度物理
应用物理
摘要
固态量子计算机需要经典电子学来控制并读出各个量子比特,并实现快速经典数据处理。在固态量子处理器工作最佳的深低温下集成这两个子系统,或可解决系统尺寸与输入/输出(I/O)数据管理等主要扩展挑战。硅量子点(QDs)中的自旋量子比特可利用超大规模集成(VLSI)与互补金属氧化物半导体(CMOS)电子学实现单片集成,从而借助半导体工业广泛的制造经验。然而,在 mK 温度下使用工业 CMOS 进行集成的实验演示仍处于起步阶段。本文中,我们展示了一款采用工业 CMOS 技术制造的低温集成电路(IC),其承载了硅基量子处理器的三个关键要素:QD 阵列(此处以非相互作用的 3x3 构型排布)、利用行列寻址最小化控制线的数字电子学,以及用于复用读出的模拟 LC 谐振器,全部工作于 50 mK。借助微波谐振器(6–8 GHz 范围),我们展示了 QD 电荷态的色散读出,并实现了时域与频域结合的复用,从而在减小整体芯片面积的同时实现可扩展读出。该模块化架构探明了利用工业 CMOS 技术集成量子与经典电子学以实现大规模硅量子计算机的极限。
引用
@article{arxiv.2101.08295,
title = {Integrated multiplexed microwave readout of silicon quantum dots in a cryogenic CMOS chip},
author = {Andrea Ruffino and Tsung-Yeh Yang and John Michniewicz and Yatao Peng and Edoardo Charbon and Miguel Fernando Gonzalez-Zalba},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.08295},
year = {2021}
}