8.5GHz量子アナライザ

Zurich InstrumentsのSHFQA量子アナライザは、最大64個の超電導量子ビットおよびスピン量子ビットのフルリアルタイム読み出しセットアップを1台の装置に統合しています。SHFQAは、DCから8.5 GHzの周波数範囲で、1 GHzの取り込み帯域幅を持ち、ミキサーのキャリブレーションを必要としません。2個または4個の読み出しチャンネルのそれぞれで、最大16キュービット、8キュートリット、または5キュークアッドを分析することができます。2チャンネルモデルの場合、この性能を実現するにはSHFQA-16Wオプションが必要です。

SHFQAは、高度なシーケンサーと、マッチドフィルターと結果の相関関係を用いた低レイテンシーの信号処理チェーンにより、最適なS/N比と最小のレイテンシーでマルチステートの識別を可能にします。データはリアルタイムで他の機器に送られ、アクティブ・量子ビット・リセットやグローバル・エラー・コレクション・プロトコルに使用できます。SHFQAは、ユーザーインターフェース、複数のAPI、LabOne Qから構成されるLabOneソフトウェアスイートによって制御され、数個から数百個の量子ビットを含む量子コンピューティングプロジェクトをサポートします。

SHFQAは、読み出しレゾネータの伝送振幅と位相を決定するためのパルス測定を行います。信号対雑音比(S/N比)を最大化するためには、パルス整形とマッチドフィルタリングの2つの方法があります。任意波形発生器を用いたパルス整形では、応答速度の遅いデバイスでもリングアップとリングダウンの時間を最小限に抑えることができます。

SHFQAのデジタル・フィルターのステップ応答は、各フィルターに4 kSa長のウェイト関数をプログラミングすることで、デバイスの過渡応答にマッチさせることができます。重み付けされていない単純なインテグレーションに比べ、S/N比が大幅に向上します。さらに、リアルタイム解析チェーンにより、1量子ビットあたり最大4つの状態を識別することができます。

1本のマイクロ波ラインで16量子ビットまたは8量子ビットを測定するには、極低温のアンプチェーンを最適化する必要があります。インテグレーションウエイトは自由に構成可能で、量子ビット間のクロストークを低減し、デバイスの製造の許容公差を大きく出来ます。任意波形発生器のメモリブロック(最大16)は、時間ずらしにより、キュービット、キュートリットまたはキュークワッドの読み出しおよびトリガ読み出しを可能にします。読み出しチャネルは2チャネルまたは4チャネルから選択可能で、2チャネルバージョンでは積分ウェイトの数を8から16に拡張できる（SHFQA-16Wオプション）ため、ユーザーは特定のシステム要件に合わせて装置をカスタマイズすることができます。

最大限の集積化を図るため、SHFQAは他の機器とも効率的に接続することができます。例えば、低レイテンシーの32ビットDIO VHDCIインターフェースにより、マルチ量子ビットの状態をいくつかのSHFSGにフィードフォワードして、アクティブ量子ビットを高速にリセットすることができます。より大きな量子数を持つシステムでは、複数のSHFQA、SHFSG、HDAWG、およびQHubを組み合わせて、スケーラブルな量子コンピューティング制御システム（QCCS）を構成することができます。Zurich InstrumentsのZSyncインターフェースは、セントラルコントローラとして機能するQCCSを介して、SHFQA他のすべての機器にリンクできます。これはグローバルエラー訂正プロトコルにとって特に重要です。

最高8.5 GHzキャリブレーション不要のクリーンな周波数変換

一つの読み出しラインに接続された複数のレゾネータを介して複数の量子ビットを読み出す場合、たとえ小さなスプリアスであっても、その量子ビットが完全に最適な状態に配置されていない場合には、読取信号が混同されたり、弱くなる可能性があります。SHFQAの最高8.5 GHzまでのダブルスーパーヘテロダイン・アップ／ダウンコンバージョン方式は、干渉ではなくフィルタリングを利用しているため、標準的なIQミキサーベースの変換よりも広い周波数帯域を持ち優れた線形性で動作します。その結果単一の信号でも、スプリアスが少ない信号が、特別な設定や準備の必要なく生成できます。また安定度が高く、面倒なミキサーキャリブレーションを必要としません。この方式は1 GHzの取り込み帯域幅と組合わせて、周波数多重量子ビット読出しのためのレゾネータ周波数の設計に、高い柔軟性をもたらします。また、システムの調整とメンテナンスも大幅に簡単になります。

量子システム制御ソフトウェア

SHFQAは、QCCSの一部として、LabOne Qを使用して、新規または既存のセットアップに完全に統合することができます。単独のユニットとして、LabOneとそのPython、C、MATLAB^®、LabVIEW™^、.NET用のAPI及び拡張サンプル・ライブラリを使用すると、既存の測定フレームワークへの統合が容易になります。LabOne データーサーバーのデータ構造と処理機能により、操作はシンプルでメンテナンスも容易です。