Квантовые исследования

Building a deterministic multi-channel precision signal generation system

Квантовые исследования

Быстро перестраиваемые сигналы с низким уровнем помех для переключения кубитов

Создание многоканальной системы генерации прецизионных детерминированных сигналов

Разработчики систем квантовых вычислений по всему миру стремительно продвигаются от однокубитных устройств, созданных для проверки концепции, до сложных многокубитных устройств, разрабатываемых для проверки рабочей теории. После того, как компания IBM запустила свою новую 50-кубитную систему, мир стал на путь создания квантового компьютера, представляющего практический интерес. Тем не менее в квантовых вычислениях всё еще остаётся немало нерешённых проблем. Сегодняшние квантовые системы чрезвычайно громоздкие и сложные в эксплуатации. Для каждого кубита требуется определённое количество точно синхронизированных последовательных импульсных РЧ-сигналов управления. В общем для генерации таких сигналов для одного кубита не нужен генератор сигналов произвольной формы (AWG). Но для исследований необходима возможность наращивания, которая позволит построить многоканальные системы генерации прецизионных детерминированных сигналов.

Высокая точность генерируемых сигналов

Одной из самых сложных проблем, с которой сталкиваются разработчики квантовых систем независимо от применяемой технологии, является высокая точность генерации сигналов, необходимых для понимания и оценки состояния кубитов. В точных опытах, где малейшая деталь может испортить весь результат, контролируемые прецизионные сигналы позволят сэкономить время и быстро выполнить расчёты при помощи тестовых систем и сигналов. Самым эффективным и точным в отрасли решением для генерации сигналов являются приборы серии AWG5200 компании Tektronix, обеспечивающие исключительную точность воспроизведения сигналов в сочетании с наилучшими в этом классе приборов частотой дискретизации и объёмом памяти.

Типовая схема тестирования начинается с источника базового сигнала, генерирующего сигналы IQ (синфазная и квадратурная составляющие), которые затем направляются в другие системы для усиления (или ослабления) и преобразования с повышением частоты, а также при необходимости на систему запуска.

Решение проблем с масштабированием

Поскольку для надлежащего контроля каждого кубита нужно не менее 3 каналов генератора сигналов произвольной формы и в будущем количество используемых кубитов будет только расти, главными факторами при разработке любого решения по измерениям в квантовых системах являются затраты на один канал и возможность масштабирования. Пользуясь генератором AWG5200, можно получить 8 каналов с высокой точностью синхронизации и низким уровнем перекрёстных помех при приемлемых затратах – 10 000 долларов США на канал. При использовании нескольких приборов точность синхронизации между каналами сохраняется.

Прибор IBM с 7 кубитами. Фотография International Business Machines Corporation.

Упрощение настроек тестирования

При работе с самыми сложными в мире квантовыми системами менее всего хотелось бы терять время на сверхсложные настройки измерительного оборудования. Весь комплект модулей для генерации сигналов прибора AWG5200 взаимно совместим с фирменным программным обеспечением Tektronix для генераторов AWG, что исключает необходимость изучения новых процедур настройки. Кроме того, можно автоматизировать настройки тестирования при помощи сценариев MATLAB, значительно упрощающих настройки всего цикла тестирования.

Криостат IBM, подключённый к 50-кубитной системе. Фотография International Business Machines Corporation.

Загрузки
Загрузить

Загрузить руководства, технические описания, программное обеспечение и т. д.:

Go to top