Control de espín-qubit con un chip CMOS de mili-kelvin

Área de la Ciencia:

• Hardware de computación cuántica
• Ciencia de la información cuántica en estado sólido
• Ingeniería de dispositivos de semiconductores

Sus antecedentes:

• Los qubits de espín ofrecen una pequeña huella para la computación cuántica escalable.
• La integración de la electrónica de control con los qubits a temperaturas criogénicas es un desafío debido al calor y la interferencia.
• Los métodos de control existentes requieren un cableado extenso, lo que dificulta la escalabilidad.

Objetivo del estudio:

• Para comparar los qubits de espín de electrones al estilo de semiconductores de óxido metálico de silicio (MOS) controlados por circuitos integrados de cryo-CMOS.
• Evaluar el impacto del control de mili-kelvin en el rendimiento de la puerta de un solo y dos qubits.
• Demostrar la viabilidad de una arquitectura de "estilo chiplet" para el control cuántico escalable.

Principales métodos:

• Integración heterogénea de circuitos criogénicos con qubits de espín de silicio MOS.
• El funcionamiento del sistema integrado a temperaturas de milisegundos de Kelvin.
• Realización de operaciones lógicas universales y evaluación comparativa de la fidelidad de la puerta.

Principales resultados:

• Los circuitos Cryo-CMOS realizaron con éxito operaciones lógicas universales para los qubits de espín.
• El control de Milli-kelvin demostró una degradación mínima del rendimiento de la puerta de un y dos qubits.
• La plataforma integrada, que comprende ~ 100,000 transistores, funcionó con una baja densidad de energía.

Conclusiones:

• El cryo-CMOS integrado de manera heterogénea proporciona una solución escalable para controlar los qubits de espín de silicio.
• Esta arquitectura de "estilo chiplet" supera las limitaciones de densidad de cableado para la computación cuántica.
• El rendimiento demostrado a temperaturas de mili-kelvin allana el camino para procesadores cuánticos a gran escala.