- 냉장고에서 필요한 전자 레인지를 선택적으로 추출하는 실리콘 CMOS 통합 회로가 실온 및 다중 전자 레인지
- 일반 실리콘 CMOS 제조 기술을 사용하여 저렴한 비용 및 안정적인 생산으로 제조하고 냉장고에서 열을 생성하는 데 사용할 수있는 저전력 소비가있는 시스템을 구성합니다
- 대규모 양자 컴퓨터로 인한 케이블 수 증가를 억제합니다
개발 된 바카라 사이트 선택 회로의 요약 및 기존 기술과의 비교
제 2 최고 연구원 인 사라 다 유지 (Sarada Yuji), 선임 수석 연구원이자 모리 다카히로 (Mori Takahiro), 고급 산업 과학 기술 연구소 (이하 고급 산업 과학 및 기술 연구소) (이하 "AIST") 및 연구팀의 책임자 인 Mori Takahiro는 여러 연구원들과 관련이있다양자 비트제어 용마이크로파로 다중화 된 바카라 사이트에서 바카라 사이트를 선택적으로 추출하는 바카라 사이트 선택을위한 실리콘 CMOS 통합 회로를 개발했습니다 냉장 기계에서
실용적인 양자 컴퓨터를 실현하려면 백만 개 이상의 큐빗이 필요하다고합니다 양자 상태를 유지하기 위해 냉장에서 절대 0에 가까운 각 큐 비트는 별도의 마이크로파 바카라 사이트에 의해 제어되지만 큐 비트 수가 증가함에 따라 이러한 마이크로파를 운반하는 케이블도 증가합니다 이것은 필요한 공간을 제공 할뿐만 아니라 케이블을 통과하는 열로 인해 냉장고 내부의 온도 상승과 같은 케이블 수를 늘리면 어려운 문제가 발생합니다
이번에는Cryo CMOS바카라 사이트 낮은 온도에서 실온에서 생성 된 다중 큐 비트 제어 전자 레인지 신호를 단일 케이블로 다중화하고 냉장고에서 필요한 주파수에서 신호를 추출하여 신호 선택을위한 CMOS 통합 회로를 개발했습니다 이 회로를 4 Kelvin의 실제 작동 환경으로 냉각시킨 후, 원칙적으로 제어 전자 레인지를 전송하는 데 필요한 케이블의 수는 기존 방법의 1/8만큼 감소 될 수 있음을 확인했습니다 (다이어그램, 기존 방법 1) 또한,이 기술은 실온에서 마이크로파를 생성하기 때문에 냉장고 내부에 전자 레인지 생성 회로가 설치되는 기존의 방법에 비해 냉장고의 하중 인 회로의 전력 소비를 줄일 수 있습니다 (개요 그림, 기존 방법 2)
Cryo CMOS는 일반적인 CMOS 반도체 공정을 사용하여 제조 할 수있어 저렴한 대량 생산이 가능합니다 이 기술은 큐 비트 증가와 관련된 배선 문제를 해결하기위한 단계이며 대규모 양자 컴퓨터의 실현을위한 기초 기술이 될 것으로 예상됩니다
이 결과는 "VLSI 기술 및 회로에 관한 IEEE 심포지엄"(2025 년 6 월 8 일부터 12 일까지)에서 발표 될 예정입니다
Quantum 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 특정 문제를 더 빨리 해결할 수 있으며 연구 개발이 전 세계적으로 적극적으로 수행되고 있습니다 양자 컴퓨터 계산을 담당하는 기본 요소를 큐 비트라고하며 실제 양자 컴퓨터를 실현하려면 백만 큐 비트 이상이 필요하다고합니다
초전도 또는 반도체 방법을 사용할 때 큐 비트는 냉장고를 사용하여 절대 0으로 냉각되어야합니다 이러한 각 큐브는 마이크로파 바카라 사이트에 의해 제어되지만 현재 방법은 냉장고의 각 큐 비트에 연결된 케이블을 통해 실온에 위치한 컨트롤러에서 바카라 사이트를 보냅니다 (요약 다이어그램, 기존 방법 1)
그러나 큐 비트 수를 늘리려고하면 필요한 케이블의 수도 동시에 증가하여 냉장고로 끌어 당길 수있는 케이블 수의 물리적 한계와 케이블을 통한 열 팽창으로 인한 열악한 냉각과 같은 심각한 문제를 일으 킵니다 이것은 양자 컴퓨터의 대규모 확장에 대한 장벽 중 하나가되었습니다
AIST는 현재 바카라 사이트 낮은 온도에서 작동 할 수있는 Cryo CMO를 연구하고 개발하고 있습니다 (Aisotech Press가 2022 년 6 월 14 일 발표) Cryo CMOS는 일반적인 CMOS 반도체 공정을 사용하여 대량 생산을 수행 할 수 있으며 저렴한 비용으로 제조 할 수 있다는 이점이 있습니다 Cryo CMOS를 사용한 케이블 감소 기술로서, 냉장고 내에서 큐 비트 제어를위한 전자 레인지 바카라 사이트를 생성하는 방법이 제안되었지만 (이 방법은 전력 소비로 인해 많은 양의 열을 생성하고 냉장고의 냉각 용량에 제한을 갖기 때문에 전력을 줄이기 쉽다
이번에는 냉장고에서 다중 Qubit 제어 마이크로파로 다중화 된 바카라 사이트에서 임의의 바카라 사이트를 추출하는 바카라 사이트 선택을 위해 CMOS 통합 회로를 개발하기 위해 지금까지 재배 한 CRYO-CMOS 회로 설계 기술을 적용했습니다
이 연구 및 개발은 국립 연구 개발 기관, NEDO (New Research and Industrice Agency), NEDO (New Energy and Industrial Andustrice Development Organization)가 지원하는 양자 계산 및 계산 시스템을위한 통합 연구 개발 시스템으로 수행되었습니다
마이크로파는 큐 비트를 제어하는 데 사용되지만 주파수는 각 큐 비트마다 다릅니다 이 특성을 사용하여 실온에서 다수의 큐 비트 제어 전자 레인지를 생성 한 다음 냉장고 내부에 연결된 단일 케이블에 다중 큐 비트 (Aisotech Press 발표 2024 년 6 월 3 일10873_10997주입 잠금 오실레이터두 단계로 연결됩니다 (그림 1A) 이 회로는 여러 주파수의 마이크로파로 다중화 된 바카라 사이트를 수신합니다 분사 잠금 발진기는 입력 바카라 사이트에 포함 된 마이크로파의 자체 진동 주파수에 가까운 전자 레인지와 동기화에서 진동합니다 이 진동 주파수는 작동 중에 사용자가 자유롭게 설정할 수있어 원하는 주파수의 전자 레인지 추출을 초래할 수 있습니다 예를 들어, 4 가지 유형의 전자 레인지를 다중화하여 얻은 바카라 사이트가 그림 1b에 나와있을 때 작동이 발생합니다
그림 1 (a) 개발 된 바카라 사이트 선택 회로의 구조 (b) 작동 예 (c) 칩 사진
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
이 바카라 사이트 선택 회로는 전형적인 상업용 CMOS 반도체 공정 (도 1C)을 사용하여 제조되었으며 극도의 극저온 4 켈빈으로 냉각되어 평가되었습니다 이 회로에서, 다중 다중 다중 전자 레인지에서 원하는 마이크로파 만 추출하는 것이 이상적이지만, 실제로는도 1b에 도시 된 바와 같이, 선택되지 않은 주파수의 마이크로파스의 구성 요소도 출력 바카라 사이트에 포함된다 이 불필요한 주파수 성분은 큐 비트 제어의 정확도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다 따라서 특정 주파수의 마이크로파 만 추출 할 수있는 방법, 즉 바카라 사이트 선택 성능이 중요합니다
따라서, 마이크로파의 두 주파수를 다중화하여 얻은 바카라 사이트가 입력되고 하나의 주파수가 선택되었을 때, 출력 바카라 사이트에 포함 된 다른 주파수의 마이크로파 강도가 평가되었다 (도 2) 결과는 두 주파수가 55MHz 이상인 경우 큐 비트 제어의 정확도에 영향을 미치지 않을 것임을 보여주었습니다 이는 18 개의 전자 레인지가 1GHz 범위에서 다중화 될 수 있음을 의미합니다 결과적으로, 케이블의 수는 실온에서의 제어를 위해 기존의 마이크로파스와 비교하여 18 위로 감소 될 수있다 (종래의 방법 1에 도시 됨) 또한,이 회로의 전력 소비는 qubit 당 025MW였으며, 이는 Cryo CMO를 사용하여 전자 레인지 생성 회로가 냉장고에 설치되는 기존 방법과 비교하여 전력 소비의 1/3이었다 (요약 그림, 기존 방법 2)
그림 2 개발 된 바카라 사이트 선택 회로의 바카라 사이트 선택 성능
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
이번에 개발 된 Cryo-CMOS 기술을 사용한 바카라 사이트 선택 회로는 일반적인 상용 CMOS 반도체 프로세스를 사용하여 제조 할 수 있으며, 저전력 소비를 가진 케이블의 수를 줄이고 미래에 대규모 양자 컴퓨터를 실현하기위한 기본 기술 중 하나로 적용 할 수있는 기술입니다
향후, 우리는 큐 비트의 상태 제어 작업을 확인하기 위해 개발 된 바카라 사이트 선택 회로를 큐 비트에 연결할 계획입니다
시즌 이름 : VLSI 기술 및 회로에 관한 IEEE 심포지엄 2025 (2025 년 6 월 8 일부터 12 일, 2025 년 12 월 12 일, 교토)
게시 된 제목 : 025 MW/Qubit, 57-75 GHz 주파수 다중 형성 큐 비트 제어를위한 듀얼 스테이지 주입 잠금 오실레이터를 사용한 뇌종사 전자 레인지 바카라 사이트 선택기
저자 : Hiroshi Fuketa, Ippei Akita, Tomohiro Ishikawa, Hanpei Koike 및 Takahiro Mori