スケーラブルな量子コンピュータを実現するためには、室温環境-極低温環境をまたぐ膨大な配線をコンパクトにしつつ、古典-量子間で通信される膨大な量のデータを効率的に伝送する必要がある。本研究開発項目では、図1の通り、古典-量子の境界で動作する光/Cryo CMOS集積回路を開発し、高効率な情報伝送を実現する。キー技術として図1の①～④を開発している。進捗状況として、① 簡素な量子制御アーキテクチャの提案、② 光集積回路向け極低温測定環境の立ち上げ、③ Cryo CMOS向けPDKの開発、④ Cryo CMOS回路の設計技術開拓を行った。

① Cryo環境向け量子制御アーキテクチャの提案

図2に示す簡素なRFパルス発生回路のアーキテクチャを提案した。超伝導量子ビットの制御波形の包絡線を大胆に簡素化することで、DAコンバータのサンプリングレートやメモリ容量を2桁削減できることを明らかにした。

③ Cryo CMOS向けPDKの開発

テストチップの測定結果を用いて、4 Kから300 Kという幅広い温度領域に対して、SPICEシミュレーションが可能となる機械学習ベースのトランジスタモデルを開発した（図4左）。従来のトランジスタモデルをスタート地点に、実用回路の4 Kシミュレーション環境を構築した（図4右）。