从晶体管到集成电路再到硅（Si）CMOS，现代时代主导计算技术因其制造成本的优势而被确定。构建一个商业可行的量子计算机也需要同样的要求——不仅要有效制造量子比特芯片，还要高效制造负责控制信号生成和传递的系统。硅自旋量子比特的规模和保真度的快速提升，部分得益于其与先进半导体工艺的兼容性，已经超越了其他系统组件。在解决这种不协调时，系统架构师必须在将控制信号硬件放置于室温（受到多个高保真模拟链接复杂性负担）和将其与毫开尔文量子比特共置（具有严苛的冷却要求）以及使用中间温度之间做出选择。第三个选择具有更高的卡诺效率，并避免了室温的'接线瓶颈'，但必须在维持热隔离的同时向毫开尔文量子比特传递多个信号。我们的系统遵循第三个选项，使用一个在4 K下工作的完全定制的低功耗CMOS芯片生成所有时间变化的量子比特控制信号。我们通过将这些信号通过高密度、低热导率的超导束带电缆路由到毫开尔文的量子芯片，解决了热隔离问题。作为整体，这个'量子处理单元'（QPU）对室温的连接要求很简单：仅需数字通信、量子比特读出和静态偏置。超导互连保持出色的信号完整性和带宽，同时也作为热隔离，防止4K控制器过度加热毫开尔文阶段。仅交换量子比特也与功率受限的CMOS信号生成匹配良好，因为所需的控制波形（对形状不敏感的基带电压脉冲）与标准数字信号相似。量子比特芯片、带和控制器均采用半导体晶圆工艺制造，这是可制造性的强指示。QPU被设计用于任何实用规模的量子计算机中最重要的功能：错误纠正。我们通过在重复的综合测量中验证了这一能力。图1：集成量子处理器。a，QPU是一个高度集成的系统，包括一个在4K下的控制母板、一个在毫开尔文下的量子比特子板和连接两者的超导带电缆。它安装在Bluefors XLD1000稀释制冷机的底部，并通过柔性电缆和同轴线连接到室温。定制设计的跨阻放大器在4K下快速冷却，但放置在子板下方以最小化电容。b，室温子系统提供数字信号传输和静态电流和电压偏置。量子比特读出信号也在室温下数字化，尽管我们预计未来系统将把这一功能纳入冷却器。带电缆将所有150个时间变化的量子比特控制信号和35个静态设备偏置从4K传输到毫开尔文（mK），热负载最小。c，量子芯片的拓扑示意图。54个点在3个稀疏耦合的轨道上排列，支持高达18个编码的量子比特，这些量子比特排列在一个3 × 6的正方形晶格中，具有最近邻耦合。我们根据产量、性能或期望连接性灵活地将相连接的三点划分为量子比特。'P'门控制点的占用，邻近的'X'和'Y'门控制点之间的隧道耦合。点的加载、测量和量子比特初始化使用由8个与晶格耦合的'B'门积累的储气库。'M'和'Z'门形成6个点电荷传感器，用于设备调试和量子比特状态读出。各种场门在不活动区域下耗尽电荷。施加在这些电极上的偏置是通过手动和自动方法的结合确定的。