Franske CEA-Leti har i samarbejde med Quobly, CEA-List og CEA-IRIG udviklet en unik løsning baseret på FD-SOI CMOS teknologi, som giver samtidig mikrosekund udlæsning af et tifold af kvanteenheder og reducerer readout effektforbruget med en faktor 10 og footprint med en faktor 2. Denne readout arkitektur vil i kombination med Quobly’s generering af qubit-enheder vha. af FD-SOI teknologien bane vejen til low power og skalerbar kvante IC. Løsningen blev præsenteret på ISSCC 2025 konferencen i San Francisco medio februar i et indlæg med titlen “An 18.5μW/qubit Cryo-CMOS Charge-Readout IC Demonstrating QAM Multiplexing for Spin Qubits”.
Her foreslår forskerne et readout kredsløb baseret på en CTIA (capacitive-feedback transimpedance amplifier) transimpedansforstærker med kapacitiv feedback og et effektforbrug på kun 18,5 µW/qubit, hvilket er ti gange mindre end lignende eksisterende kredsløb, og samtidig er forstærkerens fysiske størrelse halveret pr. qubit. Med dette kredsløb kan CEA-Leti demonstrere en 4- og 16-punkts QAM modulation, som øger det mulige antal af multiplexede enheder ved direkte at bruge kvanteenheder som en modulator. En transimpedans forstærker omdanner strømmen fra kvanteenhederne til en spænding, og forstærkningen kan justeres ved forholdet mellem de to kondensatorer i feedback sløjfen. Løsningen fra CEA-Leti baner vejen for at konstruere udlæsning af tusindvis af silicium qubit-enheder med et begrænset antal ledninger og uden brug af store spoler, som i dag begrænser skaleringen af den nuværende kryo-elektronik.
– Qubit-enheder baseret på silicium er en lovende teknik for fejltolerante kvante-computere i stor skala takket være et lille footprint, højere kryo-driftstemperatur og kompatibilitet med industrielle CMOS processer. Men behovet for samtidig mikrosekund udlæsning af tusindvis af enheder er specielt udfordrende mht. effektforbrug og fysisk størrelse, sagde Quentin Schmidt, ledende forfatter til indlægget.
Samarbejdet omkring den innovative løsning er baseret på en unik ekspertise i Grenoble området. For eksempel tilbyder CEA-List uvurderlig vejledning for at sikre kompatibiliteten med fremtidige kvante-softwarestakke, mens CEA-IRIG leverer en unik eksperimentel kryo-platform. Og deres specielle partnerskab med Grenoble-baserede Quobly kan føre til betydelige gennembrud for siliciumbaserede kvantesystemer.
Jørgen Sarlvit Larsen
