克服超导量子计算中的输入-output瓶颈：基于超低功耗、基座温度低温CMOS复用器的量子比特复用控制
量子物理
2023-09-29 v1 应用物理
摘要
大规模超导量子计算系统需要在毫开尔文温度下对大量量子比特进行高保真度控制和读取，这导致了严重的输入-输出瓶颈。基于互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的低温电子学可能为克服该瓶颈提供可扩展且通用的解决方案。然而，必须避免低温电子学工作期间产生的电子与热噪声同量子比特之间的交叉耦合所带来的有害效应。在此，我们提出了一种工作在15 mK以下的超低功耗射频（RF）复用低温电子学方案，可在最小交叉耦合下实现对超导量子比特的控制与接口。我们通过将其与超导量子比特接口来基准测试其性能，观察到量子比特的弛豫时间（）不受影响，而相干时间（）在静态和动态工作下均仅受到极小影响。使用该复用器，配合适当的热滤波，可实现高于99.9%的单量子比特门保真度，即远高于基于表面编码的量子纠错阈值。此外，我们通过动态开窗校准的量子比特控制脉冲，展示了时分复用量子比特控制的能力。我们的结果表明，低温CMOS复用器可用于显著减少大规模量子比特器件表征、大规模量子处理器控制以及量子纠错协议所需的布线资源。
引用
@article{arxiv.2209.13060,
title = {Overcoming I/O bottleneck in superconducting quantum computing: multiplexed qubit control with ultra-low-power, base-temperature cryo-CMOS multiplexer},
author = {Rohith Acharya and Steven Brebels and Alexander Grill and Jeroen Verjauw and Tsvetan Ivanov and Daniel Perez Lozano and Danny Wan and Jacques van Damme and A. M. Vadiraj and Massimo Mongillo and Bogdan Govoreanu and Jan Craninckx and I. P. Radu and Kristiaan de Greve and Georges Gielen and Francky Catthoor and Anton Potočnik},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.13060},
year = {2023}
}
备注
16+6 pages, 4+1+5 figures, 1 table