量子工程工具包（QET）

量子工程工具套件（QET）

一款用于单量子比特和多量子比特研究实验的强大系统量子信息系统的研究人员最关注的问题是确定和提升单量子比特（qubit）和多量子比特体系架构的性能。这项研究需要研究量子相干性、串扰、量子比特门和读数保真度等关键的量子比特特征。

是德科技公司开发出一款功能强大的量子工程工具套件（QET），旨在帮助研究人员进行精确的单量子比特和多量子比特试验。QET 的目标是依托是德科技强大的电子专业技术，打造一个综合型的解决方案，供全球各地的量子实验室轻松使用。是德科技为开发必要的控制序列和信号路径操作（就像模块FPGA 中的脉冲整形和相位检测）提供了一个灵活的环境。这个环境能够将逻辑模块快速集成到信号路径中，并能对应用软件 API 和“硬件虚拟仪器”控件形成补充。是德科技提供丰富的开发环境和完全同步、可扩展、低复杂性且低成本的解决方案，可运行具有数百个量子比特的场景，同时不会影响量子信息系统的性能和灵活性等关键要求。

QET 集成了以下组件：

• 精选的软件套件，提供综合 QET 解决方案的定制、时间同步、设置/初始化/校准、控制和支持等功能。
• 选择 PXIe 机箱作为整合模块化 QET 解决方案的硬件框架。单个 PXIe 机箱便能支持各种 PXIe 任意波发生器（AWG）、数字化仪（DIG）、AWG + DIG 组合模块（COMBO）和双路直接数字合成器（DDS）。
• 多个 PXIe 机箱还可以整合在一起扩展控制系统，以便进行更多的量子比特实验。您可以通过嵌入式 PXIe 控制器、某种功能强大的紧凑型 PC 或外部 PC 服务器和支持的外部 PC 控制单个和多个 PXIe 机箱。请参阅“是德科技控制器”。
• 基于 PXIe 和 FPGA 的 AWG、DIG 和 COMBO 适用于直流、基带和中频测试。同相和正交（I/Q）脉冲生成和采集。
• I/Q 调制器/解调器和 PXIe DDS 模块可以将 AWG/COMBO 模块产生的 I/Q 脉冲上变频到微波频率，以及将它们下变频回直流、基带或中频，由 DIG/COMBO 进行采集。

按照严格的幅度、相位和时钟要求协调的多端口控制

在 QET 解决方案中，保持多个端口和多个机箱之间的相位相干至关重要。标准单量子比特基准实验（例如：Rabi 振荡、能量弛豫、冉赛条纹和自旋回波等）需要精确的时钟计时和相位控制，以保证准确表征量子比特（参见下面四个图）。是德科技独有的 HVI 引擎是一种高级序列发生器，它支持硬件确定性，可实现跨多个端口、多个模块甚至多个机箱的同步相位相干信号控制。

Keysight M3601A 硬件虚拟仪器（HVI）

是德科技独有的硬件虚拟仪器（HVI）技术提供了创建时间确定性执行序列的功能，这些序列由硬件模块并行执行，并实现完美的模块间同步。M3601A 硬件虚拟仪器（HVI）设计环境能够为一系列配有并激活了 HV1 选件（该选件必须在订购仪器时选配）的 Keysight PXIe 任意波形发生器和数字化仪（M3100A、M3102A、M3201A、M3202A、M3300A、M3302A）提供超快速、实时执行的信号生成、采集和决策制定功能。

易于操作的流程图式设计界面能够在几分钟内完成模块间同步和数据交换，无需借助复杂的外部触发。操作由硬件执行，无需使用操作系统，也无需依赖用户计算机。此外，如果使用 FP1 选件，那么 HVI 能够与用户定义的 FPGA 功能进行交互，使多个选件都可以用于定制应用软件。

功能特性

• 轻松进行实时系统设计
• 直观的流程图式设计：时间驱动的流程图
• 硬件计时执行（独立于操作系统）：皮秒精度、纳秒级分辨率
• 流程控制语句：if-else、while-loops、for-loops
• 超快速的时间确定性决策制定
• 现成的模块间同步
• 完全同步执行，无需触发
• 相位相干通道
• 在图形用户界面中利用实时执行操作交换数据
• 加载不同的二进制到模块（已编译 HVI 的程序库），运行/停止执行操作
• 并行执行，没有定标惩罚
• 每个模块运行自己的流程图
• 自动调整计时
• 原生编程语言
• 为下面表格中列出的编程语言和编译器提供即时可用的原生程序库。

软件程序库

是德科技提供精心优化的程序库，极大方便了 Keysight M3601A HVI 设计环境的使用。该环境得到了以下模块的支持：配有并激活了选件 HV1 的 M3100A、M3102A、M3201A、M3202A、M3300A 和 M3302A。

量子比特基准测试示例

以下单个量子比特基准测试示例已经使用 HVI 运行过，HVI 由 Keysight M3202A PXIe AWG 的通道以同步方式控制；通道 1 和 2 用于生成 I/Q 控制信号，通道 3 和 4 用于生成 IQ 读数信号。HVI 引擎通过 Python 脚本执行，用户可以在脚本中设置实验参数，例如：脉冲间隔、单个脉冲的幅度、脉冲数、脉冲形状、重复次数等。HVI 负责选择触发，保证始终以相同的时序执行。

Rabi 振荡示例

在 Rabi 振荡实验中，示波器捕获 M3202A PXIe AWG 生成的不同时长的 I 和 Q 激励脉冲，其后是 I 和 Q 读数脉冲。

能量弛豫示例

在能量弛豫实验中，示波器捕获 M3202A PXIe AWG 生成的不同时延的 I 和 Q 激励和读数脉冲。

冉赛条纹示例：

在冉赛条纹实验中，示波器捕获 M3202A 生产的两个 I 和 Q π/2 脉冲（用不同时延分隔），其后是一个 I 和 Q 读数脉冲。

自旋回波示例

在自旋回波实验中，示波器捕获 M3202A 生成的一系列分别具有不同时延的 I 和 Q π/ 2 和 π 脉冲，其后是 I 和 Q 读数脉冲。

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