Conversor de frequência integrado para aplicações em computação quântica

Abstract

Computadores quânticos baseados em qubits supercondutores requerem manipulação e leitura precisas dos qubits, que são fundamentais para garantir a fidelidade do sistema. Um dos principais desafios para a escalabilidade dos computadores quânticos é a complexidade das interconexões térmicas, uma vez que o processador quântico opera dentro do refrigerador de diluição, enquanto a eletrônica de controle permanece em temperatura ambiente. O processo litográfico possibilita a implementação de circuitos CMOS capazes de operar em temperaturas criogênicas de -269 °C (cryo-CMOS), permitindo a integração e a aproximação da eletrônica de controle ao processador quântico, reduzindo o número de interconexões necessárias. Neste trabalho, é apresentado um conversor de frequência integrado, implementado em tecnologia CMOS IHP 130 nm e otimizado para operações em temperatura criogênica. O circuito proposto consiste em um misturador ativo de conversão ascendente baseado na célula Gilbert duplamente balanceada, conectado a um oscilador LC de acoplamento cruzado, operando na conversão de sinais em torno de 5 GHz. Simulações pós-layout indicam um ganho de conversão de 6,13 dB, figura de ruído de 7,34 dB, ponto de compressão de 1 dB de -9,72 dBm e IIP3 de 0,42 dBm a -269 °C. Os resultados indicam que a operação em baixa temperatura melhorou o ganho de conversão e reduziu a figura de ruído, com leve degradação da linearidade em relação à operação em temperatura ambiente.