Сопутствующие продукты AnaPico Products: MCSG-ULN, RFVSG-X, RFSYN20-X
В Интернете есть множество учебных материалов для краткого понимания квантовых вычислений (КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ QC). (Для тех, кто заинтересован в более подробном списке , мы указываем список из документов в конце этого документа.)
В этой статье мы будем повторять обзор, а начнем с экспериментальных / измерительных систем, которые создают наши целевые клиенты, и выясним, какие продукты AnaPico подходят и привлекательны в качестве средств измерений в экспериментальных системах контроля квантовых компьютеров.
Экспериментальные системы контроля качества и основные технические требования к приборам.
Технология контроля качества сегодня все еще находится на начальном уровне. Ученые всего мира создают экспериментальные системы, позволяющие подтвердить концепцию и понимание фундаментального механизма. Большинство исследовательских групп по разработке квантовых копьютеров сегодня создают системы, включающие несколько QuBit (Кубит), и планируют расширить системы для поддержки десятков QuBits (Кубит). Типичная экспериментальная система
контроля качества (КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ QC) показана ниже. С точки зрения требований к оборудованию есть следующие основные компоненты:
• Холодильник / Криостат (QuBits Fridge/ Cryostat) QuBits: контейнер с очень низкой и стабильной температурой (около 0 Кельвина) внутри, в котором размещены QuBits. Сегодня существуют десятки физических методов / технологий реализации QuBit, таких как TRANSMONS, TRAPPED ION и т. Д. Для получения дополнительной информации, пожалуйста ознакомьтесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_computing
• Для управления / манипулирования QuBits (изменение квантовых состояний QuBits, 0, 1, суперпозиция) необходимы три различных типа сигналов
• Узкополосные импульсные сигналы, модулированные на РЧ / СВЧ-частоте.
• Сигналы промежуточной частоты (ПЧ), модулированные (той же) несущей ВЧ/СВЧ частотой.
• Импульсные сигналы постоянного тока для функции стробирования / переключения.
• Для считывания состояний QuBits сигналы от QuBits Fridge преобразуются с понижением частоты в полосу частот модулирующего сигнала и в цифровую область. Перед отправкой информации о состоянии QuBits на платууправления и программное обеспечение (квантовый алгоритм) йифровые сигналы часто предварительно обрабатываются в максимально возможной степени, что снижает нагрузку обработки данных на плату управления.
• Плата управления (Control Board) принимает и далее анализирует обнаруженные сигналы состояния QuBits и дает команды приборам для изменения состояния QuBits в следующем шаге.
Таким образом, экспериментальные системы контроля качества работают по такому механизму замкнутого цикла: генерация сигналов модуляции и управления → применение модулированных и управляющих сигналов на QuBits внутри холодильника → постоянное считывание статуса QuBits → анализ считываемых сигналов и принятие решения какие сигналы модуляции и управления применять дальше → и так далее.
(В зависимости от методов реализации QuBit, конечно, существуют разные способы управления и считывания QuBit. В этом документе мы кратко описываем только наиболее актуальную концепцию, которая включает в себя наши инструменты для тестирования и измерения.)
Ученые занимающие исследованием и разработкой КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ QC, обычно используют все / большую часть аппаратного оборудования. Очевидно, что сегодня AnaPico может внести существенный вклад в работу с QuBits. Общие технические требования к формированию управляющего сигнала следующие:
• Низкая задержка цикла (от считывания статуса до подачи управляющих сигналов на QuBits) должна быть менее 1 мкс. (Срок службы QuBits в холодильнике составляет около 100 мкс.) Это жесткое требование. Следовательно, заказчик требует, чтобы каждый прибор/функциональный блок в контуре работал как можно быстрее.
• Ширина импульса модуляции должна быть близка / меньше 10 нс. Следовательно, из-за дополнительного механизма формирования импульсов требуемая частота дискретизации для генерации импульсов должна превышать 1 Гвыб/с.
• Частота ПЧ обычно ниже 100 МГц.
Частота ВЧ/СВЧ сигналов гетеродина в основном находится в диапазоне до 12/20 ГГц. С квантово- физической точки зрения: чем выше частота, тем больше различий состояний QuBit, но, к сожалению, тем дороже экспериментальные системы. Для обнаружения состояний с низким уровнем ошибок необходимы высокая спектральная чистота и низкий фазовый шум. Фазовая когерентность между колебательными сигналами, а также функции регулировки фазы очень важны, поскольку это значительно помогает поддерживать низкую задержку контура.
Обобщив технические требования выше, текущее состояние исследовательской работы, однако,таково, что большинство исследовательских групп / экспериментальных систем еще не могут поддерживать все желаемые функции и уровень производительности, учитывая всегда ограниченный доступный бюджет. Большинство экспериментальных систем все еще работают в режиме разомкнутого цикла. Для начала экспериментов делается много компромиссов. Исследователи индустрии квантовых компьютеров QC и поставщики инструментов все еще работают над этим набором требований.
Подходящие продукты AnaPico для экспериментальных систем контроля качества
MCSG-ULN и RFSYN20-X как источники фазово-когерентных колебаний. В последние несколько лет серия многоканальных генераторов сигнала от AnaPico MCSG-ULN была выбрана десятками лабораторий по контролю качества по всему миру в качестве гетеродинов в экспериментальных системах контроля качества. Причины этого успеха следующие.
MCSG-ULN привлекательны по следующим причинам:
• Стабильный и приемлемый уровень цен
• Отличная фазовая когерентность, очень низкий фазовый шум (3мрад, 1 ГГц 20 кГц отстройка -145 дБн/Гц)
• Возможность регулировки фазы каждого канала
• Высокая выходная мощность, поддерживающая широкий спектр I / Q смесителей
• Механизм синхронизации на базе 3 ГГц между монтируемыми в стойку модулями, обеспечивающий лучшую в своем классе фазовую когерентность среди каналов сигнала гетеродина.
• Компактный размер, низкое энергопотребление (это большой положительный момент для пользователей, имеющих в виду более крупную систему)
• Большое число положительных отзывов заказчиков.
Многоканальные генераторы сигналов серии MCSG-ULN до сих пор являются предпочтительными гетеродинами, особенно для малых и средних систем контроля качества. Заказчики, создающие крупномасштабные системы с десятками QuBit, могут также использовать нашу серию многоканальных синтезаторов частоты RFSYN20-Х, чтобы сократить вложения в приборную часть. RFSYN20-X дешевле, чем MCSG-ULN, но c более низким уровнем производительности, чем MCSG- ULN (фазовая когерентность, фазовый шум и т. д.).
RFVSG-X для манипулирования QuBits
Наша новая серия векторных генераторов сигналов RFVSG (также доступны многоканальные модели) имеют встроенные функции AWG, LO, I / Q микширование и т. Д., Которые необходимы в экспериментальных системах контроля качества. Они хороши для групп контроля качества, начинающих создавать экспериментальные системы с самого начала и не имеющих многих других инструментов, таких как AWG, I/Q модуляторы и т. Д. Экономическая эффективность в сочетании с хорошими функциями, такими как оперативная гибкость, фазовая-когерентность, чистота сигнала и т. д. предоставляют клиентам (КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ QC) экономичным способом.
RFVSG имеет несколько режимов работы / модуляции, два из которых потенциально подходят дляприложений контроля качества (КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ QC):
• Пользователи могут скомпилировать необходимые сегменты данных I / Q (импульсные сигналы в форме основной полосы) и предварительно сохранить их во внутренней памяти RFVSG, имеющей размер 512 МБайт, каждый с 32 битами (2×16 бит для I и Q). С сегодняшней точки зрения, часто используемые сегменты I / Q меньше 100 МБ, каждый из которых имеет длину <30 нс. В процессе работы пользователь отправляет команду на RFVSG с адресом сегмента данных I/Q через FCP, а RFVSG будет на лету использовать правильный сегмент и модулировать сигнал LO для генерации необходимого управляющего сигнала. Операция с адреса, доступного для генерации управляющего сигнала, займет всего.
Время <200 нс.
• Плата клиента (ПЛИС) будет предоставлять сегмент данных I / Q во время работы системы контроля качества и передавать его через FCP в механизм RFVSG. Остальное затем аналогично описанному выше процессу.
Другие режимы компиляции и ввода данных модуляции либо неприменимы (MOD, IVM), либо медленны для работы с замкнутым контуром (AIQ), и поэтому не так актуальны. (Системы контроля качества, работающие по механизму разомкнутого контура, поскольку задержка канала еще не критична, могут по-прежнему использовать AIQ для ввода аналогового I / Q-сигнала.)
Наше текущее поколение RFVSG имеет полосу цифровой модуляции 400 МГц, максимальную частоту дискретизации 500 Мвыб / с, скорость передачи цифровых I / Q-данных (при FCP) до 250 МВыб / с. Для многих исходных экспериментальных систем контроля качества этого достаточно. Другие особенности RFVSG, способствующие пригодности для приложений КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ QC, — это очень низкий фазовый шум, фазовая когерентность в многоканальной версии, индивидуальная регулировка фазы, отличная чистота сигнала (гармоники, негармоники, стабильность мощности несущей, подавление спуров) и т. Д. RFVSG следующего поколения будет иметь более широкую полосу модуляции, более высокую частоту дискретизации и т. д. И, таким образом, также будет отвечать строгим требованиям к манипулированию QuBits.
Отзывы клиентов
(Неполный список из-за NDA с AnaPico. Эти компании приобрели наши MCSG-ULN для фазовой когерентной генерации в качестве гетеродинов. Некоторые из них также использовали нашии RFSYN20-X и RFVSG-X.)
Соединенные Штаты Америки
• IBM
• Массачусетский университет
• Возможность регулировки фазы каждого канала
• Google
Европа
• Оксфордский университет, Великобритания
• Oxford Quantum Circuits, Великобритания
• Университет Чалмерса, Швеция
• Венский университет, Австрия
• Технологический институт Карлсруэ, Германия
• EPFL, Швейцария
• MiraEx, Швейцария
Азиатско-Тихоокеанский регион
• Университет Цинхуа, Китай
• Пекинский университет, Китай
• Чжэцзянский университет, Китай
• Китайская академия наук
• Университет наук и технологий, Китай
• Институт микросистем Китайской академии наук
• Токийский университет науки, Япония
• Нагойский университет, Япония
• NTT, Япония
• AIST, Япония
• RIKEN, Япония
• NICT, Япония
• ETRI, Корея
• Сиднейский технологический университет, Австралия
