Een cryogene ADC voor kwantumberekening in 28nm-technologie

Normaal gesproken bestaat een kwantumcomputer uit een kwantumverwerker en een klassieke controller. De kern van een kwantumprocessor is een reeks kwantumbits (qubits) die de logische basiseenheid van kwantumberekening vormen. Vanwege de coherentie van kwantumtoestanden kan alleen bij temperaturen nabij het absolute nulpunt (tientallen mK) de nauwkeurigheid van quantumcomputing worden gewaarborgd. Tegenwoordig werken het regelcircuit en het qubits-systeem voor het uitlezen op kamertemperatuur, terwijl qubits werken op enkele tientallen milli-Kelvin. Desalniettemin wordt de controller geïmplementeerd waarbij kamertemperatuur steeds uitdagender en minder kosteneffectief wordt naarmate het aantal qubits groeit naar de duizenden en miljoenen, zoals vereist door praktische kwantumalgoritmen. Om compactheid en uiteindelijk schaalbaarheid te waarborgen, is voorgesteld dat regelaars zijn ontworpen om bij verschillende Kelvin te werken en zo dicht mogelijk bij de signaalbron te plaatsen, om de lengte van de besturingskabels te verminderen, die vrijwel nul weerstand mogelijk maken en lage warmtegeleiding.   Een generiek klassiek regelsysteem is verrassend vergelijkbaar met een radiofrequente zendontvanger, gezien de overeenkomst in principe van zijn functies. De taak van controller omvat het versterken van een zwak signaal (honderden dBm) en het omzetten in digitale code met een hoge nauwkeurigheid van amplitude en fase beter dan respectievelijk 1 LSB en 1 graad. Signaal dat de status van een qubit aangeeft, vereist een betrouwbaarheid van 99,99-99,999%. Om de kwantumtoestand van de qubit niet te verstoren, moet de controller nauwkeurige en extreem stille signalen genereren. Vooral, cryogene werkomgeving voor quantum computing heeft een hoge eis ten aanzien van prestaties en stabiliteit van het besturingssysteem. Voor een besturingssysteem met een groot aantal analoge kanalen is cryogene ADC een cruciaal onderdeel omdat het het cryostaatontwerp vereenvoudigt, de noodzaak van analoge buffers overbodig is en een hogere kanaaldichtheid mogelijk maakt.