量子信息技术研究工具包 + Labber - S5060A 方案简介

量子信息技术研究工具包+Labber-S5060A方案简介

量子信息系统的研究人员专注于识别和改进单个量子比特（量子位）和多量子比特架构的性能。这项研究需要关注多个关键技术指标，如量子相干，串扰，量子比特门控和读取的保真度。是德科技和LabControlScandinaviaAB共同开发了一款功能强大的控制系统，可用于单量子和多量子比特的研究实验。该解决方案具备强大的扩展性能，可轻松扩展到几十上百量子比特计算系统，并具备强大的编程开发环境，支持脉冲控制、脉冲成形、快速信号解调和反馈，是目前业内唯一一个专门为量子计算设计的系统。

常见的量子比特控制系统有着不同的结构。研究人员在选择合理的系统架构时需要综合短期因素和长期因素。在这其中的一种构想是，使用来自多个供应商的多台单独的仪器组件，并设计和构建定制化的控制系统。另一种解决方法是使用集成的控制解决方案，例如：是德科技量子信息研究工具包。

独立的仪表常常用来进行小规模的量子比特实验。然而，在向多量子比特系统扩展时，这种做法通常缺乏扩展性。仪表有限的控制能力会制约了能够进行的实验项目。具体体现在如下四个方面：

• 在向多量子比特系统扩展时，这种做法通常缺乏扩展性。
• 快速反馈能力：为了实现量子纠错，需要仪表支持快速决策、控制和反馈，从而实现量子纠错。独立仪表通常不具备这些能力。
• 价格昂贵：多台仪表大家的价格非常昂贵的，多通道扩展必须降低单比特操控的成本。
• 环境问题：体积、功耗对于多通道系统都是需要考虑的问。

利用台式仪表搭建会占用实验室有限的空间和功耗。定制设计的控制系统可以作为当前实验优化解决方案。但是，随着时间的推移和实验项目的发展，这样的系统也可能缺乏适应不同研究技术路线图所需要的灵活性。并且，这种定制化系统的限制会导致实验系统需要进行升级甚至定制新一代的解决方案。而复杂的方案升级或重新设计所付出的开销对于有限的实验资源来说都是十分昂贵的。是德科技基于PXIe平台的标准模块化设备提出了专业的量子计算集成控制系统。该系统集成度非常高，保留了升级的灵活性，支持用户通过编程来适应不断变化的研究需求。

是德科技可以帮助您使用灵活、开放式的控制架构，在从单一到多量子比特的控制中取得领先，让您在与是德科技在量子研究方面的持续合作中获得优势。这些专业知识都会体现在是德科技针对量子研究的特定需求推出的量子控制解决方案中。

多量子比特控制所面临的挑战

随着量子比特从少到多，控制系统需要增加控制端口和数据读出端口的数量，同时保持多个端口之间精准同步的波形一致性。

1. 需求:开放的可编程架构，提升研究人员效率。

• 挑战:使研究人员能够利用开放的研发环境，针对控制和信号链路，保证系统运行时的关键性能。
• 解决方案:是德科技所提供的灵活开发环境，支持控制序列和信号链路操作（例如，在模块化FPGA中，实现用于脉冲整形和相位检测）。这种开发环境可以快速地将逻辑单元集成到信号路径中，来补充应用程序软件API和对“硬件虚拟仪器”（HVI）的控制。

2. 需求: 协调多端口控制，对信号具有严苛的幅度，相位和时序要求。

• 挑战: 保持跨多个端口和多个机箱信号的相位一致性。
• 解决方案: 是德科技“ 硬件虚拟仪器 ”（HVI）解决方案能够提供高水平的序列编程，同时实现跨多个端口、模块及机箱之间的相位相干信号的同步控制。

3. 需求: 快速反馈循环链路，用来控制和修改的量子比特状态。

• 挑战: 提供高速链路信号，针对解调，控制决策和同步脉冲的产生时间要小于 600 ns。
• 解决方案: 是德科技的控制系统，经由研究人员编程之后，能够让反馈回路在 150 ns 以内实现脉冲输出。

4. 需求: 成本和空间有效的扩展，以支持更多数量的控制通道，用来进行多量子比特实验。

• 挑战: 提供基于行业标准的高性能架构，可扩展到数百个通道。
• 解决方案 : 是德科技模块化解决方案可轻松扩展至多通道架构，同时最小化配置仪器的总成本。围绕每个量子位，该解决方案提供通过上 / 下变频的方式将信号转化为常用的微波频率。这种模块化和多机箱架构解决了今天的研究需求，并为未来的需求保持一条可以扩展的方法。

5. 需求: 针对复杂实验的高水平可视化和结果管理。

• 挑战: 提供可以兼容的应用程序控制实验参数，以及通过多个硬件组件收集实时结果数据。
• 解决方案 : 来自 Keysight 解决方案合作伙伴的 Labber 软件，可以提供实验控制，量子比特保真度的校准能力；同时管理实验结果，对数据进行分析和比较。

量子比特表征和解决方案及实验控制

是德科技独特的方案能够帮助您在量子研发总成本可控的情况下提升研究效率。基于可扩展模块化架构，我们的量子研究解决方案具有高度的可扩展性，全面的控制和测量能力。

为何选择 Keysight 量子信息技术研究工具包？

不同的研究小组正在关注特定的量子比特实现技术和多量子比特架构。对这些不同的方法需求控制系统也不尽相同。但是，诸多

小组都会提出一些公共的需求。这正是针对量子信息研究的工具包出现的意义，恰好满足了研究人员的需求。工具包的主要特点包含：

• 相位相干 AWG 操作
• 高质量的波形产生
• 快速数字化仪响应和卓越性能
• 通过开放式开发环境，实现用户可定义的功能
• 紧凑且经济高效的架构，实现针对每个量子比特的控制

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