極低温下で必要なマイクロ波信号を取り出すCMOS集積回路を開発~配線の効率化と冷凍機内の発熱抑制で量子コンピューターの大規模化に貢献~

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2025-06-09 産業技術総合研究所

AISTの研究チームは、極低温下(10 K以下)で稼働する量子ビット制御に不可欠なマイクロ波信号を取り出す「クライオCMOS集積回路」を開発しました。従来の制御では、多数のケーブルが冷凍機内を貫通し熱負荷と配線の複雑化が課題でしたが、本回路はインジェクションロック発振器を2段構成で搭載。多重化されたマイクロ波から所望のビット制御信号を選択的に取り出し、冷凍機内で局所処理を行えます。この技術により、配線の効率化と冷凍機の発熱抑制が可能となり、量子コンピュータの大規模化と高集積化に貢献する成果です。

極低温下で必要なマイクロ波信号を取り出すCMOS集積回路を開発~配線の効率化と冷凍機内の発熱抑制で量子コンピューターの大規模化に貢献~
開発した信号選択回路の概要と従来技術との比較

<関連情報>

0.25mW/qubit、5.7-7.5GHz、周波数多重Qubit制御用2段注入同期発振器を用いた極低温CMOSマイクロ波信号セレクタ
0.25 mW/qubit, 5.7-7.5 GHz Cryogenic CMOS Microwave Signal Selector using Dual-Stage Injection-Locked Oscillator for Frequency-Multiplexed Qubit Control

Hiroshi Fuketa, Ippei Akita, Tomohiro Ishikawa, Hanpei Koike, and Takahiro Mori
IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits 2025(2025年6月8日~12日、京都開催)

Cryogenic CMOS (cryo-CMOS) quantum bit (qubit) control circuits are expected to overcome the interconnect complexity problem in large-scale quantum computers. However, since each qubit has a unique frequency for control, many powerhungry oscillators are needed to generate the frequencies at the cryogenic temperature stage of a refrigerator. In this paper, to remove the oscillators from the refrigerator, we propose a cryo-CMOS signal selector consisting of two injection-locked oscillators that extract the specified frequency tone for qubit control from the multi-tone microwave signal. This can realize an efficient frequency-multiplexed qubit control system with 1/30 power consumption of the conventional systems.

0403電子応用
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