| 講演名 | 2022-08-08 大規模量子ビットアレイの高精度制御に向けた極低温DA変換器の設計 高橋 亮蔵(神戸大), 三木 拓司(神戸大), 永田 真(神戸大), |
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| 抄録(和) | 大規模量子コンピュータにおいて量子ビットの制御に使用する、極低温動作可能な電荷再配分型DAコンバータ(DAC)を設計した。現在、量子コンピュータの大規模化に向け、希釈冷凍機の4-8 Kステージで動作可能な極低温制御チップの開発が課題となっている。本研究では、制御チップに搭載される主要な回路の一つであるバイアス電圧生成回路に着目し、小型かつ低消費電力なDACを考案した。極低温下では回路で発生する熱雑音およびMOSトランジスタのリーク電流が小さくなるという性質を利用し、電荷再配分型DACを構成する容量アレイの小型化を実現した。また、新たに提案するキャリブレーション手法により、容量の小ささに起因するキャパシタのミスマッチを自動的に補正する機能を実現した。試作チップを8 K環境で実測評価し、非線形誤差が+/-2 LSB以内という性能を小型(0.008 mm^2)かつ低消費電力(5.8 uW)な実装で実現できることを確認した。 |
| 抄録(英) | This work presents a cryogenic digital-to-analog converter (DAC) for controlling a qubits in a large-scale quantum computer. The development of a qubit control chip which can be placed on a 4-8 K plate in a dilution refrigerator is one of the most important challenges for realizing large-scale quantum computers. This work proposes a small and low-power DAC for a bias voltage generator, one of the major components of a control chip. The capacitor arrays composing a charge-redistribution DAC are miniaturized by utilizing the cryogenic characteristics of low noise and leakage. Furthermore, capacitor mismatches due to their small size are automatically corrected by a newly proposed calibration technique with a small area-overhead. The prototype DAC was evaluated at 8 K temperature, and it achieved a very small area of 0.008 mm^2 and low power consumption of 5.8 uW, while a non-linearity error within +/-2 LSB. |
| キーワード(和) | 極低温 / DAコンバータ / ミスマッチ補正 / 量子コンピュータ |
| キーワード(英) | cryogenic / digital-to-analog converter / mismatch calibration / quantum computer |
| 資料番号 | SDM2022-42,ICD2022-10 |
| 発行日 | 2022-08-01 (SDM, ICD) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | ICD / SDM / ITE-IST |
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| 開催期間 | 2022/8/8(から3日開催) |
| 開催地（和） | オンライン開催に変更 現地開催(北海道大学百年記念会館)は中止 |
| 開催地（英） | |
| テーマ（和） | アナログ、アナデジ混載、RF及びセンサインタフェース回路、低電圧・低消費電力技術、新デバイス・回路とその応用 |
| テーマ（英） | Analog, Mixed Analog and Digital, RF, and Sensor Interface, Low Voltage/Low Power Techniques, Novel Devices/Circuits, and the Applications |
| 委員長氏名（和） | 高橋 真史(キオクシア) / 大見 俊一郎(東工大) / 秋田 純一(金沢大) |
| 委員長氏名（英） | Masafumi Takahashi(Kioxia) / Shunichiro Ohmi(Tokyo Inst. of Tech.) / 秋田 純一(金沢大) |
| 副委員長氏名（和） | 池田 誠(東大) / 宇佐美 達矢(日本エーエスエム) / 池辺 将之(北大) / 廣瀬 裕(パナソニック) |
| 副委員長氏名（英） | Makoto Ikeda(Univ. of Tokyo) / Tatsuya Usami(ASM Japan) / 池辺 将之(北大) / 廣瀬 裕(パナソニック) |
| 幹事氏名（和） | 宮地 幸祐(信州大) / 新居 浩二(TSMCデザインテクノロジージャパン) / 諏訪 智之(東北大) / 野田 泰史(パナソニック) / 小室 孝(埼玉大) / 下ノ村 和弘(立命館大) / 香川 景一郞(静岡大) / 徳田 崇(東工大) / 黒田 理人(東北大) / 船津 良平(NHK) |
| 幹事氏名（英） | Kosuke Miyaji(Shinshu Univ.) / Koji Nii(TSMC) / Tomoyuki Suwa(Tohoku Univ.) / Taiji Noda(Panasonic) / 小室 孝(埼玉大) / 下ノ村 和弘(立命館大) / 香川 景一郞(静岡大) / 徳田 崇(東工大) / 黒田 理人(東北大) / 船津 良平(NHK) |
| 幹事補佐氏名（和） | 塩見 準(阪大) / 吉原 義昭(キオクシア) / 久保木 猛(ソニーセミコンダクタソリューションズ) / 細井 卓治(関西学院大) / 二瀬 卓也(サンディスク) / 山下 雄一郎(TSMC) / 大倉 俊介(立命館大) / 竹本 良章(メムスコア) |
| 幹事補佐氏名（英） | Jun Shiomi(Osaka Univ.) / Yoshiaki Yoshihara(キオクシア) / Takeshi Kuboki(Sony Semiconductor Solutions) / Takuji Hosoi(Kwansei Gakuin Univ.) / Takuya Futase(SanDisk) / 山下 雄一郎(TSMC) / 大倉 俊介(立命館大) / 竹本 良章(メムスコア) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Integrated Circuits and Devices / Technical Committee on Silicon Device and Materials / Technical Group on Information Sensing Technologies |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 大規模量子ビットアレイの高精度制御に向けた極低温DA変換器の設計 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | A cryogenic digital-to-analog converter for high-fidelity control of large-scale qubit arrays |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 極低温 / cryogenic |
| キーワード(2)（和/英） | DAコンバータ / digital-to-analog converter |
| キーワード(3)（和/英） | ミスマッチ補正 / mismatch calibration |
| キーワード(4)（和/英） | 量子コンピュータ / quantum computer |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 高橋 亮蔵 / Ryozo Takahashi |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 神戸大学(略称：神戸大) Kobe University(略称：Kobe Univ.) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 三木 拓司 / Takuji Miki |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 神戸大学(略称：神戸大) Kobe University(略称：Kobe Univ.) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 永田 真 / Makoto Nagata |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 神戸大学(略称：神戸大) Kobe University(略称：Kobe Univ.) |
| 発表年月日 | 2022-08-08 |
| 資料番号 | SDM2022-42,ICD2022-10 |
| 巻番号（vol） | vol.122 |
| 号番号（no） | SDM-148,ICD-149 |
| ページ範囲 | pp.37-40(SDM), pp.37-40(ICD), |
| ページ数 | 4 |
| 発行日 | 2022-08-01 (SDM, ICD) |