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对于半导体自旋量子位 ， 纳米级量子位尺寸使得在没有大量多路复用的情况下将大型量子处器连接到外部控制系统是不切实际的 。 目前正在寻求两种不同的方法来解决输入输出达到最高限制的情况 ， 和量子位温度之间的这种权衡 。 第一个涉及将自旋量子比特平台和集成控制电路重新定位到更高的温度 ， 通过使用泵送的氦四 ， 可以获得更多的冷却能力 。
然而 ， 这种方法会导致量子位保真度降低 ， 最终需要数量级更高的噪声物理量子位来编码逻辑量子位 。 增加的量子比特数需要额外的输入输出达到最高限制的瓶颈 ， 和控制电子设备 ， 这些电子设备可以有效地抵消在更高温度下运行的增益 。 另一种方法涉及在与量子比特相同的毫开尔文温度下操作控制子系统 ， 但在热解耦的单独芯片上 。 利用栅电极的高阻抗特性并利用光刻定义的芯片到芯片互连策略 ， 这种毫开尔文方法减轻了在温度阶段之间驱动低阻抗电缆所需的功耗 。
大型俘获离子量子计算机可能会在四开尔文至十开尔文温度范围内低温运行 ， 因为其具有卓越的真空压力和降低的电场噪声 。 在这些温度下可用的更大冷却功率使互连问题不那么可怕 ， 尽管仍然不容易 。 由于可以使用一条微波控制线来处理许多离子 ， 因此与其他量子比特技术相比 ， 需要的控制线数量相对较少 。 然而 ， 由于控制信号具有更高的功率 ， 片上耗散可能会成为一个问题 。
离子阱依靠大量静态或缓慢变化的控制电压来定义阱电位和在阱周围移动离子 ， 控制电压大约是势阱的十倍陷阱 。 然而 ， 这些线路消耗的电流为零或最小 ， 并且不需要高带宽 ， 因此它们可以由非常细的低导热导线制成 。 一些团体正在研究用在陷阱基板本身中制造的数字模拟转换器来产生这些电压 。 如今的量子计算机本质上是具有单个量子比特性能的研究设备 ， 刚刚接近实现质量保证委员会协议所需的边缘 。
开发用于这些原型系统的控制协议需要使用灵活的高速任意波形发生器 ， 以便研究人员无需开发新硬件即可快速测试新的控制范例 。 虽然这是运行当今相对较小规模的量子处理器的一种合乎逻辑的方法 ， 但与扩展这种方法以运行百万量子比特的量子处理器相关的成本、尺寸和功率推动了更优化方法的开发 。 几个研究小组目前正在研究量子控制电路的集成 ， 目标是在4开尔文的物理温度下运行 。
然而 ， 这些系统的要求非常严格 ， 可能需要对经典控制器和量子处理器进行协同优化 。 对于以4开尔文热化的设备 ， 每个控制通道的功耗将被限制在远低于一毫瓦的范围内 ， 并且必须在不增加控制误差的情况下满足这种严格的功率预算 。 对于控制器 ， 必须制定策略以最小化所需的微波载波数量、减轻串扰、优化脉冲波形并保持约一百万个控制通道之间的相位相干性 。 尽管功率限制有所放松 ， 但同样的考虑因素也适用于室温控制电子设备 。
开发新的控制所需的可扩展基带波形发生器也存在类似的挑战 。 特别是 ， 沿控制器和量子位控制端口之间的互连的损耗和反射会导致失真 ， 其方式与非归零信号在通过背板时经历失真的方式相同 。 在当今的系统中 ， 室温电子设备和量子处理器之间的长电缆导致建立时间可能在微秒级 。
【?构建既精确又低功耗的控制系统，研究半导体自旋量子位】为了补偿这些较长的建立时间 ， 这种响应通常被表征并从传输的信号中去卷积 ， 类似于在有线应用中使用预加重 。 虽然使用双极脉冲可以减少长期稳定的影响 ， 但仍必须补偿短时间尺度的系统响应 。 因此 ， 需要研究来构建既精确又低功耗的控制系统 。
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