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量子物理

arXiv:2509.25768 (quant-ph)
[提交于 2025年9月30日 ]

标题: 向可扩展量子信息处理的入口低温接收器:理论与系统分析

标题: Ingress Cryogenic Receivers Toward Scalable Quantum Information Processing: Theory and System Analysis

Authors:Malek Succar, Mohamed I. Ibrahim
摘要: 当前用于低温冷却量子比特的控制技术是通过同轴电缆实现的,在成本、热负载、尺寸和长期可扩展性方面存在多个挑战。 解决这一问题的新兴方法包括在4 K下的低温CMOS电子学,以及用于直接量子比特控制的光子链路。 在本文中,我们提出了一种多路复用的全被动低温高频直接检测控制平台(cryo-HFDD)。 所提出的直接量子比特控制的经典接口使用光学或亚太赫兹频段。 我们介绍了该平台的可能权衡,并将其与当前最先进的低温CMOS和传统同轴方法进行比较。 我们评估了采用这些高效链路在广泛范围的微波量子比特功率水平上的可行性。 具体而言,我们考虑了不同的噪声源、组件损耗以及链路密度,估算达到所需信噪比SNR的热负载。 我们表明,在4 K下的多路复用光子接收器可以大幅扩展对数千个量子比特的控制。 这为低成本可扩展的量子计算系统打开了大门。
摘要: Current control techniques for cryogenically cooled qubits are realized with coaxial cables, posing multiple challenges in terms of cost, thermal load, size, and long-term scalability. Emerging approaches to tackle this issue include cryogenic CMOS electronics at 4 K, and photonic links for direct qubit control. In this paper, we propose a multiplexed all-passive cryogenic high frequency direct detection control platform (cryo-HFDD). The proposed classical interface for direct qubit control utilizes optical or sub-THz bands. We present the possible tradeoffs of this platform, and compare it with current state-of-the-art cryogenic CMOS and conventional coaxial approaches. We assess the feasibility of adopting these efficient links for a wide range of microwave qubit power levels. Specifically, we estimate the heat load to achieve the required signal-to-noise ratio SNR considering different noise sources, component losses, as well as link density. We show that multiplexed photonic receivers at 4 K can aggressively scale the control of thousands of qubits. This opens the door for low cost scalable quantum computing systems.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 系统与控制 (eess.SY); 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2509.25768 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2509.25768v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.25768
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Malek Succar [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 9 月 30 日 04:29:58 UTC (2,795 KB)
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