一种面向可扩展超导量子比特控制的低温混合光子/CMOS控制器架构

将超导量子计算机扩展到数千量子比特在控制硬件上仍是一个难题。所需的硬件需减少室温到低温的布线及低温功耗,同时保留冰箱内微波脉冲生成的可编程性。本工作开发了一种4 K混合光子/CMOS控制架构,其中光纤用于分发共享的整形脉冲模板,而本地低温CMOS(Cryo-CMOS)电路则提供传输控制、幅度编程、采样保持包络整形、本振音调和相位选择以及微波上变频功能,从而在相同的控制路径内实现单量子比特和双量子比特门操作。与完全基于Cryo-CMOS的控制器相比,该架构通过将高速采样射频/中频波形合成及波形存储器访问移出每个低温通道,降低了每通道的有功功耗。与纯光子链路的量子比特控制方法相比,该架构在4 K温度下增加了本地可编程性,用于脉冲选择、幅度缩放、时序更新和本振相位控制,同时保持与室温实时反馈及量子纠错工作流的兼容性。该研究提出了架构级别的4 K功耗、波形存储器缩放及控制器引起的保真度限制的一阶模型,并通过三能级transmon仿真对主要的保真度项进行了交叉验证。分析表明,结合共享光脉冲模板分发与本地4 K包络编程是实现可扩展超导量子比特控制的可行途径。
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提交arXiv: 2026-06-08 19:48

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