Jornadas de jóvenes investigadores del I3A

Diseño de un mezclador criogénico de RF para la etapa de lectura de bits cuánticos

Carmen Hernández Tomás, Gabriel López-Pinar, Carlos Sánchez‐Azqueta

Published Jul 17, 2026• 0 citations

Abstract

Este trabajo presenta un mezclador activo para la lectura de qubits a 3-4 K. El mezclador se ha implementado con arquitectura de celda de Gilbert con técnica de inyección de corriente (current bleeding) en una tecnología CMOS de 65 nm.

DOI: 10.26754/jji-i3a.202613356

Related papers

Diseño de un driver de alta velocidad para el acoplo del oscilador local en la lectura de qubits

Mario Bielsa Alonso, Carlos Sánchez‐Azqueta, Uxua Esteban Eraso

Este trabajo presenta el diseño full-custom de un buffer integrado en un sistema de lectura qubits a temperatura criogénica para computación cuántica. Se ha diseñado para optimizar el acoplamiento y garantizar aislamiento entre un oscilador y un mezclador RF. El diseño se ha implementado y verificado en CMOS 65 nm mediante simulaciones post-layout.

Jornadas de jóvenes investigadores del I3AJul 17, 20260 citations

Carmen Hernández - Diseño de un mezclador criogénico de RF para la etapa de lectura de bits cuánticos

Diseño de un mezclador criogénico de RF para la lectura de qubits XV JORNADA DE JÓVENES INVESTIGADORES/AS DEL I3A Computación cuántica (QC): busca la resolución de problemas computacionales de manera eficiente empleando bits cuánticos (qubits), mediante circuitos superconductores.Para reducir el ruido térmico se requiere la operación en un entorno a temperatura criogénica.

Jornadas de jóvenes investigadores del I3AJul 17, 20260 citations

Diseño de un amplificador de bajo ruido para la lectura de bits cuánticos

Gabriel López-Pinar, Carlos Sánchez Azqueta, Uxua Esteban Eraso

Este Trabajo Fin de Máster aborda el diseño de un amplificador de bajo ruido (LNA: Low-Noise Amplifier) destinado a la lectura de qubits superconductores en entornos criogénicos. Se ha partido de una etapa cascode, que es una combinación de etapas de puerta común (CG) y fuente común (CS), optimizada en ganancia y ruido, y que se amplía posteriormente a una arquitectura multietapa para incrementar el ancho de banda (BW). El diseño se ha implementado en tecnología CMOS de 65 nm, considerando modelos validados a bajas temperaturas. Las simulaciones han mostrado una ganancia de 31.6 dB, un ancho de banda de 3 GHz (en el rango de 3 a 6 GHz), una figura de ruido (NF) inferior a 5 dB en ese rango de frecuencias, un punto de intercepción de tercer orden referido a la entrada (IIP3) igual a -19.3 dBm, y un consumo inferior a 30 mW, cumpliendo así los requisitos exigidos para su integración en sistemas de computación cuántica.

Jan 1, 20250 citations

Readout system from 300 MHz to 6 GHz for kinetic inductance detectors

Marqués Casanueva, Jesús

Este Trabajo Fin de Grado tiene como objetivo el diseño, desarrollo e integración de un sistema de lectura de 300 MHz a 6 GHz para la medida de detectores de Inductancia Cinética (KIDs). Los KIDs son unos detectores extremadamente sensibles, con aplicaciones en radioastronomía y computación cuántica, basados en micro-resonadores superconductores que operan a temperaturas criogénicas dentro de un criostato, y cuya lectura requiere potencias muy débiles en la banda del sistema desarrollado en este trabajo. El sistema de lectura está compuesto por amplificadores de bajo ruido (LNA), conmutadores de doble vía (SPDTs), un atenuador programable, un divisor de potencia y un demodulador I/Q. Los SPDTs permiten seleccionar entre dos configuraciones de medida: mediante un analizador vectorial de redes (VNA) o a través del demodulador I/Q. En una primera fase se ha llevado a cabo el análisis, diseño y simulación del sistema de amplificación, evaluando diferentes configuraciones de LNA y SPDTs para seleccionar los componentes más adecuados. A partir de este estudio, se diseñó una PCB que posteriormente fue fabricada y corregida tras detectar problemas en una primera versión. El sistema ha sido caracterizado experimentalmente en laboratorio, tanto a nivel de placa como de componentes individuales, comprobando su comportamiento en frecuencia y en ruido. Finalmente, se ha llevado a cabo la integración de todos los elementos en una única caja, formando un sistema compacto y funcional, preparado para la lectura de KIDs mediante distintas configuraciones de medida.

Jul 18, 20250 citations

Control cuántico óptimo realimentado de un qubit de estado sólido

Sebastián García Cutillas

El control es una rama interdisciplinar entre la ingeniería y las matemáticas, cuyo objetivo es la manipulación activa del comportamiento de cualquier sistema dinámico. Actualmente, con el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en dispositivos cuyas leyes vienen dictadas por la mecánica cuántica, el desarrollo de técnicas de control aplicadas a estos sistemas se ha convertido en una prioridad para el desarrollo tecnológico actual. \nEl principal problema radica en que algunas cualidades de la mecánica cuántica no permiten pasar fácilmente el esquema del control clásico al ámbito cuántico. Clásicamente, es posible adquirir toda la información necesaria y emplearla de manera eficiente para retroalimentar el sistema y especializar la acción de control al estado actual. Por el contrario, en un sistema cuántico no toda la información es asequible mediante una medición y, además, todo intento de medir el sistema lo perturba de manera notable. Técnicamente, las ecuaciones dinámicas en un proceso tal son ecuaciones diferenciales estocásticas (SDE1) no lineales en lugar de las ecuaciones diferenciales deterministas de los sistemas clásicos. \nEl dominio de las tecnologías cuánticas se divide en cuatro campos destacables [1]: Sensores cuánticos, donde la alta sensibilidad de los sistemas cuánticos a las perturbaciones se aprovecha para mejorar la precisión de las medidas de magnitudes físicas; Comunicación cuántica, donde los fotones se usan para transmitir datos e información de una manera segura; Simulación cuántica, donde un sistema cuántico controlado puede simular el comportamiento de otro sistema cuántico menos accesible; y Computación cuántica, donde mediante los fenómenos cuánticos se puede conseguir una disminución drástica del tiempo de computación en cálculos numéricos. \nSabiendo los campos de actuación de estas tecnologías y mirando al futuro, del mismo modo que el transistor supone actualmente un elemento imprescindible en la industria, parece difícil no creer que las tecnologías cuánticas supondrán una revolución en sectores como la industria aeroespacial, automotriz o manufacturera, así como en salud, agricultura o finanzas. \nEl desarrollo de las tecnologías cuánticas ha conseguido captar mucha atención en las últimas décadas. Como aparece explicado en [1], parte de este impulso se debe al “Quantum Manifesto”, un documento generado en 2016 por la comunidad científica donde se realiza un llamamiento a gobiernos e industrias para apoyar esta tecnología. El interés generado por este documento fue respondido por la Comisión Europa mediante un proyecto de 10 años de duración (Flagship) y con una inversión de más de un billón de euros iniciales, aumentando en volumen cada año que pasa. Por otro lado, potencias mundiales como China, Rusia, Australia, Estados Unidos o Canadá son actualmente líderes en el desarrollo de tecnologías cuánticas. A nivel empresarial, compañías como Intel, HP, Toshiba y Microsoft, con IMB y Google a la cabeza, apuestan por la investigación en los campos de las tecnologías cuánticas como la computación y la comunicación cuánticas. \nCon este trabajo se pretende desarrollar un proyecto de investigación enfocado a la simulación numérica de la dinámica y control de un Qubit (bit cuántico): la nueva unidad de información elemental de la teoría de la información cuántica. A diferencia de un bit clásico que solo presenta dos estados posibles, un bit cuántico puede presentar ambos estados al mismo tiempo, es decir, el estado de un Qubit es una combinación lineal de los estados elementales de un bit clásico. \nEsta característica es la que define el potencial de los Qubits como nueva tecnología. Por este mismo motivo, el Qubit, como su propio nombre indica, es un sistema cuántico, estando sometido y regido por las leyes de estos. \nEn el primer capítulo del trabajo, se realizará una breve introducción a las tecnologías cuánticas, ilustrando el formalismo cuántico a través de la computación cuántica. En esta sección, se estudiará el Qubit, sus estados y las operaciones a las que son sometidos. En el segundo capítulo, se introducirá el modelo de control empleado para sistemas cuánticos en general, concretando para la dinámica y control de un Qubit. En el siguiente capítulo, analizaremos los resultados obtenidos a través de las diferentes simulaciones llevadas a cabo mediante métodos numéricos. En este punto, comprobaremos qué tan bueno es el control propuesto en la bibliografía para un Qubit y si es robusto ante diferentes situaciones. Se cerrará el proyecto con un capítulo dedicado a las conclusiones extraídas y los posibles trabajos de interés que se pueden realizar en un futuro.

Oct 1, 20190 citations

Quantum random number generation using edge-emitter semiconductor lasers

Martín Esteban, Pablo

En el presente trabajo se ha estudiado la generación cuántica de números aleatorios (QRNG) mediante láseres de semiconductor de emisión lateral, con especial atención al ruido de fase originado por la emisión espontánea. Se han aplicado conocimientos impartidos en la carrera sobre óptica, fotónica, tecnologías cuánticas, programación y estadística. Se ha reproducido un montaje experimental basado en la interferencia de la señal emitida por un láser de modo discreto (DML) con la señal emitida por un láser sintonizable con objeto de medir la fase óptica del DML. El análisis de la fase óptica se ha llevado a cabo mediante técnicas numéricas avanzadas de desenvolvimiento de fase. Se ha confirmado que la variación de fase sigue un proceso estocástico gaussiano con un valor alto de varianza, lo que permite su uso como fuente de entropía cuántica. Posteriormente, se ha reproducido otro experimento con objeto de generar números aleatorios variando la corriente del láser, observándose que las intensidades cercanas al umbral (14,5–15 mA) ofrecen distribuciones de fase y entropía óptimas para la extracción de bits. Las métricas estadísticas de aleatoriedad -entropía de Shannon y min-entropía- alcanzan valores próximos al máximo teórico (en nuestro experimento 10 bits). Se ha implementado el algoritmo de Von Neumann para eliminar sesgos en la extracción de bits, obteniendo distribuciones casi uniformes tras el postprocesado. En conjunto, este trabajo demuestra la viabilidad de utilizar láseres de emisión lateral como fuentes compactas y eficientes de aleatoriedad cuántica, siendo de especial interés para aplicaciones en criptografía cuántica y distribución cuántica de claves (QKD). Asimismo, se han aportado resultados adicionales no explorados previamente, como la caracterización de la dependencia del sistema con la corriente y el análisis detallado de la fase desenvuelta.

Jun 10, 20250 citations