Sarada Yuji, Sarada Yuji, 고급 통합 회로 연구 그룹, Advanced Integrated Circuit Research Group, Device Inspegry Research Division, 바카라 커뮤니티 ( "AIST"라고 함) 및 Mori Takahiro, New Principles Device Research Group의 수석 수석 수석 4 Kelvin반도체 로투스 바카라 큐 비트상태 읽기에 대한 소형 고속 전류 측정 회로를 개발했습니다
큰오류 보정 유형 (범용) 양자 컴퓨터큐 비트의 상태를 읽는 동안 작동합니다 따라서 성능 향상을 위해서는 큐 비트의 상태를 빠르고 정확하게 감지해야합니다 이 검출은 로투스 바카라 큐 비트의 상태 판독이라고하며 큐 비트 근처에 배치됩니다충전 센서의 현재 변화를 측정하는 것입니다 일반적으로 실온에서 작동하는 측정 장치는이 전류를 측정하는 데 사용되었으므로 냉장고의 측정 장치와 충전 센서간에 긴 배선이 필요합니다 이것은 현재 읽기 속도가 느리다는 문제로 이어집니다 이 연구에서 우리는 냉장고에서 충전 센서 근처에서 작동 할 수있는 새로운 전류 측정 회로를 설계하고 배선을 크게 단축시키는 기술을 개발했습니다 일반적인 반도체 공정을 사용하여 제조 된 전류 측정 회로의 칩을 4 개의 켈빈으로 사용하여 작동을 확인한 후, 실온에서 기존 측정 방법보다 판독 속도가 100 배 빠르게 증가 할 수 있음을 확인했습니다
이 기술의 세부 사항은 2022 년 6 월 13 일부터 17 일까지 미국 하와이에서 개최되는 2022 IEEE VLSI 심포지엄 기술 및 회로에서 발표 될 것입니다
기존 기술로 매우 저온에서 작동하는 개발 된 현재 측정 회로 비교
양자 컴퓨터를 실질적으로 사용하기 위해 백만 개가 넘는 큐브를 통합 한 오류 수정 (일반 목적) 양자 컴퓨터가 바람직합니다 이러한 양자 컴퓨터는 계산에서 오류를 수정하면서 작업을 수행하지만 각 오류 수정에는 큐 비트의 상태를 읽는 것이 포함되므로 고속 읽기 작업이 필요합니다 특히, 운영 실행에서 큐 비트 판독 값에 이르기까지 일련의 작업이 사용됩니다로투스 바카라 이완 시간(수십 마이크로 초) 내에서 완료해야합니다
현재 로투스 바카라 큐브는 몇 비트 와만 통합되며 실온에 배치 된 측정 장치는 상태를 읽는 데 사용됩니다 이 방법은 냉장고의 큐 비트에서 실온에서 측정 장치로 긴 배선이 필요하므로 큐 비트의 판독 속도를 약 1 밀리 초로 제한하는 문제가 발생합니다 따라서, 로투스 바카라 이완 시간을 수십 마이크로 초 내에 유지하려면 적어도 속도를 100 배 이상 증가시켜야합니다 이를 달성하는 기술로게이트 반사 측정법회로 스케일이 증가하기 때문에 많은 수의 큐 비트 판독 값을 수용 할 수있는 통합에 많은 어려움이 있습니다
따라서 기술 개발에 대한 기대가 점점 커지고 있는데,이 기술 개발에 대한 거리를 크게 줄이고 Qubit 근처의 매우 낮은 온도에서 통합하고 작동 할 수있는 범용 반도체 프로세스를 사용하여 판독 회로를 제조하여 고속 회로를 제조하여 고속 회로를 달성 할 수 있습니다 이것이Cryo CMOS그것은 일종의 기술입니다
AIST는 이전에 고온에서 작동 할 수있는 로투스 바카라 큐빗을 개발했습니다 (Aisotech Press가 2019 년 1 월 24 일 발표) 및 실리콘 큐 비트 (2021 년 8 월 5 일에 AIST 결과의 애니메이션) 및 실리콘 양자 컴퓨터 실현을 목표로하는 장치 기술과 관련하여 다른 결과가 달성되었습니다 이 외에도, 우리는 매우 저온에서 회로를 작동하기 위해 통합 회로 설계 기술을 개발하기 위해 노력해 왔으며, 이는 큐브의 대규모 통합을위한 큐 비트를 제어하고 읽는 데 필요한 냉장 기계에서도 회로 작동을 정확하게 확인하고 평가하는 데 필요합니다
AIST는 이전에 실온 작동을 가정하고 회로 설계에서 얻은 지식을 적용함으로써 다양한 센서의 측정을위한 통합 회로의 연구 및 개발을 수행했으며 저온에서 작동하는 Qubit Readout 용 현재 측정 회로를 개발했습니다
이 연구 및 개발은 양자 정보 처리 분야에 대한 기본 재단 연구의 보조금과 "실리콘 퀴즈를 사용하여 양자 컴퓨터를위한 대규모 통합 회로 구현"(JPMXS0118069228)의 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술 Leap Program (Q-Leap)
로투스 바카라 큐 비트의 상태를 읽으려면 메소드는 큐 비트 근처에 전하 센서를 배치하고 충전 센서를 통해 흐르는 전류를 측정하는 것이 일반적입니다 이 전류 변화는 1 나노 앰프 미만의 작은 전류이며, 실온에 배치 된 전류계와 같은 측정 기기에 의해 일반적으로 감지된다 이 기술은 실온 측정 장치와 냉장고의 큐빗/충전 센서 사이의 긴 배선이 필요하므로 작동 속도를 늦추는 문제가 발생했습니다 따라서이 연구에서 우리는 4 개의 켈빈으로 작동 할 수있는 전류 측정 회로를 개발하고 극저온 냉장고에서 전류를 측정하여 큐 비트 및 충전 센서로 배선을 크게 줄여 고속 판독 값을 달성했습니다
개발 된 현재 측정 회로는 3 개의 주요 회로 블록으로 구성됩니다 (그림 1 (b)) 먼저, 통합 회로에 의해 측정 된 전류는 전압으로 변환됩니다 지금까지 AIST에서 초 조상 형 트랜지스터 특성의 평가에 따르면, 매우 낮은 온도에서깜박임 소음결과적으로 판독 시간이 증가 할 가능성이 있으므로이 회로는 통합 회로의 출력을 대책으로 취할 것입니다상관 관계 이중 샘플링마지막으로, 출력은 기준 전압과 비교되고 로투스 바카라 큐 비트의 상태를 나타내는 디지털 값 (로투스 바카라의 방향)은 출력입니다 (예 : 로투스 바카라의 상향 방향은 0이고 하향 방향은 1 등) 이 회로에서 Qubit 및 충전 센서 대신 작업이 사용되는 트랜지스터가 사용되었습니다
그림 1 (a) qubit 상태의 읽기 작동 원리 (b) 개발 된 현재 측정 회로의 블록 다이어그램 (c)이 회로를 구현하는 칩의 사진
11773_11955실온 측정 기기를 사용한 기존 기술의 비교 그리고이 연구는 표시됩니다 측정 가능한 전류 값과 측정 시간 사이에는 상충 관계가 있으며, 개발 된 현재 측정 칩을 사용하여 측정은 특정 전류 값에서 이전보다 100 배 빠르게 만들 수 있습니다
오류 수정 (일반 목적) 양자 컴퓨터를 실현하려면 고속 큐 비트 상태 판독 값이 필수적이며 큐 비트 판독을 위해 개발 된 현재 측정 회로는 미래에 대규모 양자 컴퓨터를 실현하기위한 기본 기술 중 하나로 적용될 수 있습니다
그림 2 기존 기술 과이 연구 간의 성능 비교
(게시 된 용지에서 다이어그램을 수정하여 인용)
앞으로, 우리는 로투스 바카라 큐 비트 및 충전 센서와 연결하여 정지 대출의 상태 판독 작업을 확인하기 위해 개발 된 현재 측정 회로를 로투스 바카라 큐 비트 및 충전 센서와 연결할 계획입니다
게시 된 잡지 :2022 IEEE VLSI 기술 및 회로, 기술 논문의 소화
논문의 제목 : 로투스 바카라 큐 비트 판독에 대한 극저온 CMOS 전류 비교기 빠른 판독 시간 및 고전류 해상도
저자 : Hiroshi Fuketa, Ippei Akita, Tomohiro Ishikawa, Hanpei Koike, Takahiro Mori