3D-integrated 25-qubit quantum annealing processor with high coherence, individualized control, and modular architecture. Part 2: characterization.

ORAL

Abstract

We have designed, fabricated, and measured an advanced quantum annealing processor comprised of 25 capacitively-shunted flux qubits (CSFQs) connected by 40 rf-SQUID tunable couplers. Each CSFQ features state-of-the-art persistent current readout (https://arxiv.org/abs/2006.10817). Over 200 dedicated bias lines enable unprecedented control over annealing schedules. To achieve the required scale and signal density while maintaining high coherence, we leverage MIT Lincoln Laboratory’s 3-tier stack fabrication and 3D integration process. We show data validating key aspects of the novel modular architecture where control and readout circuitry traverse multiple tiers. We discuss initial qubit measurements, and the versatility of the architecture for algorithm and hardware prototyping.

*The research is based upon work supported in part by the Office of the Director of National Intelligence (ODNI), Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA) and the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), via the U.S. Army Research Office contract W911NF-17-C-0050 and via MIT Lincoln Laboratory under Air Force Contract No. FA8721-05-C-0002.

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Presenters

  • James I Basham

    • Northrop Grumman - Mission Systems
    • Northrop Grumman Corporation

Authors

  • James I Basham

    • Northrop Grumman - Mission Systems
    • Northrop Grumman Corporation

  • Jeffrey Grover

    • Northrop Grumman - Mission Systems
    • Northrop Grumman Corporation

  • Steven M Disseler

    • Northrop Grumman - Mission Systems
    • Northrop Grumman Corporation

  • Joseph Gibson

    • Northrop Grumman - Mission Systems
    • Northrop Grumman Corporation

  • Edward M Leonard

    • University of Wisconsin - Madison
    • University of Wisconsin-Madison
    • Northrop Grumman - Mission Systems

  • Alexander Marakov

    • Northrop Grumman - Mission Systems

  • Vladimir Bolkhovsky

    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • John Cummings

    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Laboratory

  • Rabindra Das

    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Cyrus Hirjibehedin

    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Jeffrey M Knecht

    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Justin L Mallek

    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Bethany Niedzielski

    • MIT Lincoln Laboratory
    • MIT Lincoln Lab
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory
    • Massachusetts Institute of Technology MIT

  • Ravi Rastogi

    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Danna Rosenberg

    • MIT Lincoln Laboratory
    • MIT Lincoln Lab
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Kyle Serniak

    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Laboratory
    • MIT-Lincoln Lab
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Steven Weber

    • MIT Lincoln Laboratory
    • MIT Lincoln Lab
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Donna-Ruth Yost

    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Scott Zarr

    • MIT Lincoln Laboratory
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory

  • Jonilyn Yoder

    • MIT Lincoln Laboratory
    • MIT Lincoln Lab
    • Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology
    • Lincoln Laboratory, MIT
    • MIT - Lincoln Laboratory
    • Massachusetts Institute of Technology MIT

  • William Oliver

    • MIT Lincoln Laboratory
    • Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology
    • Research Laboratory of Electronics, MIT Lincoln Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science
    • MIT Research Laboratory of Electronics, MIT Lincoln Laboratory, MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science
    • Massachusetts Institute of Technology MIT
    • Massachusetts Institute of Technology
    • Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology
    • Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, MIT Lincoln Laboratory
    • MIT
    • MIT, MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Lab
    • MIT Lincoln Lab, Massachusetts Institute of Technology
    • Research Laboratory of Electronics, Department of Electrical Engineering and Computer Science, and Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology. MIT Lincoln L
    • Department of Physics, Department of Electrical Engineering & Computer Science, Research Laboratory of Electronics, MIT Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technol
    • Lincoln Laboratory, Research Laboratory of Electronics, and Department of Electrical Engineering & Computer Science, MIT

  • Daniel Lidar

    • Univ of Southern California
    • University of Southern California

  • David Ferguson

    • Northrop Grumman
    • Northrop Grumman Corporation
    • Northrop Grumman - Mission Systems

  • Kenneth Zick

    • Northrop Grumman - Mission Systems

  • Sergey Novikov

    • Northrop Grumman - Mission Systems
    • Northrop Grumman Corporation