高保真量子比特操控和讀取

工作頻率高達(dá) 8.5 GHz，SHFQC 采用雙超外差上下變頻技術(shù)，而非 IQ 混頻方案，以濾波而非介入的形式實(shí)現(xiàn)頻譜純凈，因此它的工作頻段更寬，線性度更高。微波頻率合成器專為高保真量子比特控制和讀取而設(shè)計，低相噪和低抖動覆蓋所有的輸出頻率范圍。從而，SHFQC 可以輸出無雜散和穩(wěn)定的信號，瞬時帶寬高達(dá) 1 GHz，無需混頻器校準(zhǔn)，節(jié)約系統(tǒng)維護(hù)時間。

當(dāng)用一根讀取線同時讀取多個量子比特時，如果雜散信號的頻率正好與量子比特讀取頻率接近，即使是微弱的雜散信號都可能干擾到量子比特的讀取信號。SHFQC 的超外差技術(shù)為，用于量子比特頻分復(fù)用讀取的，諧振腔的頻率設(shè)計爭取了更大的靈活性。另外，線性放大鏈路可以驅(qū)動單個或多個量子比特門，時間間隙小，無失真。SHFQC 集成的變頻技術(shù)可以確保量子比特測控以高的保真度進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)量子處理器高性能。

有效的工作流程和資源管理

SHFQC 的控制和讀取通道支持用少量的波形產(chǎn)生復(fù)雜的信號序列。用戶可以用描述波形參數(shù)的形式來定義需要的信號，以節(jié)省波形存儲空間的方式對 SHFQC 的信號發(fā)生器進(jìn)行編程。對于具有多個量子比特的系統(tǒng)，需要多臺 SHFQC 時，這樣的方式可以確保復(fù)雜的調(diào)諧和校準(zhǔn)步驟僅需低的儀器通信時間即可完成。比如，支持循環(huán)和動態(tài)跳轉(zhuǎn)可以在 300 ns 內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子比特主動重置，也可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的量子糾錯算法。實(shí)時的相位和頻率調(diào)控能力使 Z 門操控成為可能。 每個通道具有 100k 波形點(diǎn)的存儲空間，定序器支持 16k 個指令，采樣率 2 GSa/s。SHFQC 支持可自定義的多通道 AWG 信號，實(shí)現(xiàn)量子比特的準(zhǔn)確測控。

快速高保真讀取

SHFQC 可以用脈沖信號來表征待測器件的幅度和相位傳輸特性?？捎脙蓚€方法來zui大化信噪比：脈沖整形和匹配濾波。脈沖整形基于任意讀取信號發(fā)生器，可以zui小化上升沿和下降沿的振蕩，即使器件本身響應(yīng)很慢。

待測器件的階躍響應(yīng)可以通過 SHFQC 的數(shù)字濾波器的階躍響應(yīng)來匹配，每個濾波器可編程一個 4 kSa 長（2 us 長）的積分權(quán)重函數(shù)。與簡單的未加權(quán)積分相比，使用匹配適當(dāng)?shù)臑V波器可顯著提高 SNR。此外對于每個 qubit，實(shí)時分析鏈路可以鑒別多達(dá) 4 個狀態(tài)。

主要特點(diǎn)

l 6 個控制通道，1 個讀取通道，可測控 qubit，qutrit 和 ququad

l 工作頻率 8.5 GHz，瞬時帶寬 1 GHz，無需混頻器校準(zhǔn)

l 低相噪，低雜散，大輸出功率范圍，可滿足快速和高保真的門操作

l 實(shí)時信號處理鏈路，具有匹配濾波器和多態(tài)鑒別功能

l 儀器內(nèi)即可完成反饋測控，延時 300 ns

l 配套控制軟件 LabOne®，LabOne QCCS，和 Python APIs

可擴(kuò)展的系統(tǒng)方案

SHFQC 的設(shè)計可以操控 6 個頻率固定的 qubits/qutrits 或 5 個 ququads。如果要更好地支持其他類型的量子比特或集成到大型的量子系統(tǒng)，SHFQC 也可以很方便地與其他儀器互聯(lián)。比如，32位寬的 DIO VHDCI 接口延時很低，支持多量子比特態(tài)并行前饋到幾臺 HDAWG，實(shí)現(xiàn)快速量子比特重置或?qū)崟r的 flux-pulse 控制。

對于量子比特數(shù)量稍多的系統(tǒng)，幾臺 SHFQC，SHFSG，SHFQA 和 HDAWG 可以組合起來，構(gòu)成可擴(kuò)展的 Quantum Computing Control System (QCCS) 量子測控系統(tǒng)。這種情況下，要用到我們研發(fā)的 ZSync 接口和 PQSC 可編程量子系統(tǒng)控制器把 SHFQC 與其他設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)。LabOne QCCS 控制軟件優(yōu)化了儀器間的通信，簡化了協(xié)議執(zhí)行。

PQSC zui多可以同步 18 臺儀器。這意味著調(diào)度所有 SHFSG 和 SHFQA 可以測控多達(dá) 128 個量子比特。如果僅用 SHFQC 的話，還可進(jìn)行超快反饋算法，zui多測控 108 個量子比特。 同步系統(tǒng)中所有設(shè)備的 PQSC 可以通過 LabOne QCCS 軟件或者 Python APIs 來編程控制。這樣用戶就可以按照需要來決定如何將它們集成到新的或已有的系統(tǒng)中。

量子計算應(yīng)用

n 控制量子比特，支持單量子比特門和多量子比特門

n 頻分復(fù)用讀取

單發(fā)色散讀取

n 快速量子比特和諧振腔譜測量和系統(tǒng)表征

n 實(shí)時，低延時反饋，支持全域內(nèi)快速操作和量子糾錯協(xié)議

支持的量子比特類型

n 超導(dǎo)量子比特

n 自旋/超導(dǎo)諧振腔混合量子比特

n Qubits，qutrits 和 ququads

其他應(yīng)用

n 放大器噪聲表征

n 微波系統(tǒng)校準(zhǔn)