← 返回 JSSC 论文列表JSSC 2019第11期Digital Circuits28nm
Design and Characterization of a 28-nm Bulk-CMOS Cryogenic Quantum Cont roller D
28纳米体硅CMOS低温量子控制器设计，用于超导量子比特控制。
28nm CMOS, 总功耗<2mW, 数字数据流<500Mb/s
量子控制器低温CMOS超导量子比特XY门指令集低功耗
▸创新点1：低温CMOS量子控制器设计（方法创新） - 采用28nm体硅CMOS工艺实现低温环境（4K以下）稳定工作，解决了传统控制器在极低温下的性能退化问题，支持与超导量子比特的近距离集成。
▸创新点2：16字XY门指令集优化（系统创新） - 针对transmon量子比特控制需求定制4位编码指令集，通过硬件级指令优化将数字数据流压缩至500Mb/s以下，显著降低通信带宽需求。
▸创新点3：低功耗与高集成度（电路创新） - 通过混合信号电路协同设计实现<2mW总功耗（含交流/直流），集成度较现有方案提升5倍，支持未来百万级量子比特扩展。
▸创新点4：全集成化量子控制验证（验证创新） - 首次在单片CMOS上实现从数字指令到微波脉冲的全链路控制，实测单量子比特门保真度达99.9%，验证了低温控制系统的可行性。
Abstract
Implementation of an error-corrected quantum
computer is believed to require a quantum processor with a
million or more physical qubits, and, in order to run such a
processor , a quantum control system of similar scale will be
required. Such a controller will need to be integrated within
the cryogenic system and in close proximity with the quantum
processor in order to make such a system practical. Here,
we present a prototype cryogenic CMOS quantum controller
designed in a 28-nm bulk CMOS proce