SHFQC量子ビットコントローラは、最大6個の超伝導量子ビットの制御、読み出し及び高速フィードバックを行うことができます。SHFQCは、SHFQA量子アナライザ、SHFSG信号発生器などの機能を1つの機器に統合したものです。統合されたマイクロ波生成、トリガー分配ユニット、およびすべてのチャンネル間の350 nsの超高速フィードバックを実現しており、SHFQCとクライオスタットの簡単な接続で、簡単に量子ビットの測定を開始できます。少ない量子ビットのシステムにも柔軟に対応できるよう、SHFQCは信号発生器のチャンネル数を2、4、6のいずれかに選択できます。2チャンネルと4チャンネルの構成では、購入後に信号発生器のチャンネルをオンサイトで追加することができます。実験セットアップは完全にソフトウェアで制御でき、必要に応じて実験要件に合わせて再構成することもできます。
SHFQCの各制御チャンネルには、波形の位相、タイミングをリアルタイムで制御できる強力なシーケンサーが搭載されており、1台のSHFQCでDCから8.5 GHzまでのパルスを使い、量子ビットの制御、結合をし、リードアウトや他の制御チャンネルからの入力に応答することができます。SHFQC-16Wアップグレードオプションを使うと、自由に設定できる読み出しチャンネルのインテグレーション・ウェイトと読み出しパルスメモリが8個から16個に倍増します。これにより、6つのキュートリットを完全にリアルタイムで制御して読み出すことができるなど、より柔軟に読み出しを実現することが可能になります。
リアルタイムオシロスコープや高速スペクトロスコピー、パルスレベルのシーケンス機能などの高度な機能により、システムのチューニングや測定をさらに高速化することができます。
SHFQCは、Zurich Instrumentsの量子コンピューター制御システム（QCCS）の一部として、LabOne QCCSソフトウェアによる直感的な操作が可能です。また、SHFQCを750 MHzまでの高速フレックスやゲート電圧信号源として使用できるHDAWGなどの他の機器と接続することができます。大きなQCCSシステムで、SHFQCはローカルおよびグローバルの高速フィードバックや、100量子ビット以上のエラー補正プロトコルを利用できます。
SHFQCは2,4,6チャンネルの信号発生器数が選択可能です。チャンネルの追加(アクティベート)はオンサイトで行うことが出来ます。SHFQCの構成の変更はinfo@zhinst.comまでご連絡ください。
| 構成 | 使用可能な 信号発生器数 |
後から追加可能な
|
量子アナライザ チャンネル数 |
|---|---|---|---|
| SHFQC2 | 2 | 2 又は 4 | 1 |
| SHFQC4 | 4 | 2 | 1 |
| SHFQC6 | 6 | 0 | 1 |
SHFQCは、最大8.5 GHzの範囲で動作し、干渉ではなくフィルタリングに基づいた、ダブルスーパーヘテロダインのアップ/ダウン変換を採用しており、標準的なIQミキサベースの変換方式よりも広い周波数帯域で優れたリニアリティがあります。全周波数範囲にわたって、低位相ノイズと低タイミングジッタのシンセサイザと組み合わせることで、SHFQCは、高忠実度の量子ビット制御と読み出しに理想的な、スプリアスフリーで安定した1 GHz帯域幅の信号を生成し、ミキサーのキャリブレーションやシステムのメンテナンスにに時間をかけることなく使用可能です。
同一の読み出しラインに接続された共振器を介して複数の量子ビットを読み出す場合、小さなスプリアスであっても、周波数によって、読み出し信号の混信や、減衰の原因となってしまいます。SHFQCはスーパーヘテロダイン方式を採用しているため、周波数多重化された量子ビットを読み出す際の共振器の周波数設計の自由度が高くなります。さらに、リニアアンプチェーンとの組み合わせにより、すべてのシングルおよびマルチキュービットゲートを、短い時間間隔で歪みなく駆動することができます。SHFQCの統合的な周波数変換により、量子プロセッサーの潜在能力を最大限に発揮した量子ビットの制御と読み出しが可能になります。
SHFQCの信号発生器および量子アナライザチャンネルは、複雑な信号を必要とする場合でも、最小限の波形メモリと命令メモリで実行できます。ユーザーは必要な信号を、最もメモリ効率の良いパルス記述の形式でSHFQCをプログラムできます。
このアプローチにより、複数のSHFQCを使用する多ビットシステムの場合でも、複雑な調整および校正ルーチンが、最小限の通信オーバーヘッドで完了します。例えば、ループと条件分岐により、350 nsのアクティブリセットの実装をサポートし、より複雑な量子エラー訂正コードを実装することができます。SHFQCは、チャネルごとに最大98 kSaの波形メモリ、最大32kのシーケンス命令、2 GSa/sのサンプリングレートを持つ、量子ビットの制御と読み出し用にカスタマイズ可能な、マルチチャンネル任意波形発生器(AWG) 信号を備えています。
SHFQC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。任意の読み出しパルスジェネレータでパルス整形を行うと、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。
SHFQC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（2 us長）の重み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。適切にマッチしたフィルターを適用することで、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。
SHFQCは、最大6個の固定周波数キュービット、キュートリット、または5個のキュークアッドの制御と読み出しができるように設計されています。他のタイプの量子ビットのサポートや、量子ビットの数を増やすために、SHFQCは他の装置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複数のHDAWGにフィードフォワードし、高速アクティブ量子ビットリセットや最適なフラックスパルス制御を行うことができます。
より大きな量子ビット数のシステムでは、複数のSHFQC,SHFSG, SHFQA, HDAWG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。この目的のために、Zurich Instruments社の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PQSC Programmable Quantum System Controllerを介して、SHFQCと他のすべての機器を相互にリンクします。LabOne QCCSソフトウェアは機器間の通信を最適化し、プロトコルの実行を簡素化します。
PQSCを介して最大18台の装置を同期させることができ、SHFSGとSHFQAを用いた場合は最大128量子ビット、SHFQCのみを用いた場合は超高速フィードバックを含む最大108量子ビットの読み出しと制御を協調して行うことができます。PQSCを介して同期するすべての装置は、LabOne QCCSソフトウェアまたはPython用APIでプログラムすることができるので、ユーザーは新規または既存のセットアップにどのように組み込むかを決めることができます。
SHFQCは、Zurich InstrumentsのQCCSの一部として、LabOne QCCSソフトウェア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。また、スタンドアロンのユニットとして、LabOneとそのPython APIを使って効率的に制御することもできます。拡張されたサンプルライブラリにより、既存の測定フレームワークへの直感的な統合が可能です。LabOneデータサーバーが提供するデータの構造化と処理機能により、ソフトウェアスタックのユーザー部分はシンプルで維持しやすくなっています。
| Number of control channels | 最大6 signal generator channels |
| Number of readout channels | 1 quantum analyzer channel (1 input and 1 output channel) |
| Dimensions | 449 x 460 x 145 mm (19" rack) 17.6 x 18.1 x 5.7 inch |
| Weight | 15 kg (33 lb) |
| Power supply | AC: 100-240 V, 50/60 Hz |
| Connectors | SMA on front and back panel for trigger, signals and external clock 32-bit DIO 2 ZSync LAN/Ethernet, 1 Gbit/s USB 3.0 Maintenance USB |
| Number of RF outputs | 6 うち2, 4, 6チャンネルを有効化可能 |
| Frequency range | DC - 8.5 GHz |
| Signal bandwidth | > 1 GHz |
| Output ranges (dBm) | -30 dBm to 10 dBm |
| Output impedance | 50 Ohm |
| Number of synthesizers | 3 (pairs of channels share a synthesizer) |
| D/A conversion | 14-bit, 6 GSa/s (after internal 3x interpolation) |
| Output level accuracy | ±(1 dBm of setting) |
| AWG cores | 1 per channel |
| Waveform vertical resolution | 14-bit analog + 2-bit marker |
| Waveform memory | 98 kSa per channel |
| Sequence length | 32k instructions per AWG core |
| AWG sampling rate | 2 GSa/s |
| Minimum waveform length | 32 Sa |
| Number of RF outputs | 1 |
| Frequency range | 0.5 - 8.5 GHz |
| Signal bandwidth | > 1 GHz |
| Output ranges (dBm) | -30 dBm to 10 dBm |
| Output impedance | 50 Ohm |
| Number of synthesizers | 1 (shared with input channel) |
| D/A conversion | 14-bit, 6 GSa/s (after internal 3x interpolation) |
| Output level accuracy | ±(1 dBm of setting) |
| Number of readout pulse generator | 1 |
| Sequencing capability | Advanced sequencing (loop, branching), command table, advanced trigger control, staggered readout |
| Waveform memory blocks1 | 32 kSa total memory in 8 blocks or 64 kSa total memory per channel in 16 blocks (with SHFQC-16W option) |
| Oscillators | 1 (accessible in spectroscopy mode) |
| Number of RF inputs | 1 |
| Frequency range | 0.5 - 8.5 GHz |
| Signal bandwidth | > 1 GHz |
| Output impedance | 50 Ohm |
| Number of synthesizers | 1 (shared with output channel) |
| Input voltage noise | < 2.2 nV/√Hz (<-160 dBm / Hz) @ -50 dBm |
| Input ranges (dBm) | -50 dBm to 10 dBm (calib.) |
| A/D conversion | 14-bit, 4 GSa/s |
| Matched filters | 32 kSa total memory per channel in 8 blocks1 or 64 kSa total memory per channel in 16 blocks1 (with SHFQC-16W option) |
| Multistate discrimination | Up to 4 discriminators |
| Feedback latency | 350 ns (last sample in to first sample out) |
| Data logger | Memory: 220 samples, max. 217 averages |
| Monitor scope | Memory: 219 complex samples when monitoring 1 channel, 218 samples when monitoring 2 channels, 217 samples when monitoring 3 to 4 channels Averaging: Max. 216 averages |
| Marker outputs | 1 per input/output channel, SMA on front panel |
| Marker output voltages | 0 V (low), 3.3 V (high) |
| Marker output impedance | 50 Ohm |
| Marker output rise time | 300 ps (20% to 80%) |
| Trigger inputs | 1 per input/output channel, SMA on front panel |
| Trigger input impedance | 50 Ohm / 1 kOhm |
1 すべてのメモリブロックは自由に設定でき，トリガも可能。1ブロックは4096個の複素サンプルに対応します。
0120-176-429までお電話いただくか、ご連絡先とご希望の時間帯をメールでお知らせください。お客様のご要望が、SHFQCの機能と一致するかどうかを確認するためにも、オンラインデモを行っています。
すべてのユーザーは、購入された場所に関係なく、Zurich Instrumentsからサポートを受けられます。地域の代理店(利用可能な場合)も、地域の言語で第1レベルのサポートを提供します。詳細なサポート、装置の校正、またはサービスについては、サポートページをご確認ください。
SHFQCは、最大8.5 GHzのマイクロ波信号で制御可能な量子ビットやその他のシステム、例えば、超伝導量子ビットのゲート操作や多重化読み出し、超伝導/スピンハイブリッド量子ビットシステムなどに最適です。
なお、SHFQCはカウンター機能を持たないため、フォトンカウンティングに基づく読み出し方式や、0.5 GHz以下の動作が必要な読み出し方式には適していません。
SHFQCは量子アナライザ（読み出し）1チャンネル、信号発生器（制御）6チャンネルとなっています。構成の選択によりそのうちの2,4,6チャンネルを有効化されます。チャンネルの有効化はオンサイトで行えます。
SHFQCには、6本の信号発生器（制御）と1本の量子アナライザ（読み出し）のラインがあり、最大6個の超電導量子ビットを制御することができます。Zurich InstrumentsのHDAWGやSHFSGなど、他の機器と組み合わせることで、より多くの量子ビットを操作したり読み出したりすることができます。
SHFQCの信号発生器チャンネルは、内蔵発振器の同相成分と直交成分を2チャンネルの波形信号で変調することができます。この機能により、AM、FM、PM、DSBが可能となります。なお、SHFQCは外部からの変調には対応していません。
条件によります。SHFQCの各信号発生器（コントロール）チャンネルは、HDAWGとHDIQから構成されるシステムの多くの機能をカバーできる量子用の信号発生器で、多くの場合1つのチャンネルで2つのHDAWGと1つのHDIQチャンネルを置き換えることができ、さらにマイクロ波のローカル発振器も必要としません。一方、HDAWGはSHFSGよりも直流での大きな信号振幅を発生でき、プレコンペンセーションの機能もあるため、例えばフラックスパルスのようなDCに近い動作をする場合に適しています。
SHFQCでは、8キュービッド、4キュートリットまたは2キュークワッドを同時に読み出すことができます。SHFQC-16Wオプションを使用すると、最大で16キュービッド、8キュートリットまたは5キュークワッドまで拡張することができます。
はい、SHFQCの読み出しチャンネルは、UHFQAに機能を追加したもので、ドロップインで交換可能です。
SHFQCのすべてのRF入力および出力は、スーパーヘテロダイン周波数変換方式により、クライオスタットの対応する制御および読み出しラインに直接接続できるように設計されています。制御チャンネルの場合、動作周波数はDC～8.5 GHzの周波数範囲内である必要があり、読み出しチャンネルの場合は0.5 GHz～8.5 GHzの周波数範囲内である必要があります。これにより量子ビットのセットアップに安定性と簡便性が得られます。
多くの場合はいりません。SHFQCは、最大10 dBmの出力を供給することができます。これは、超伝導トランスモン量子ビットを用いた非常に短い（5 ns）ゲート操作を可能にするもので、通常、読み出しに必要とされるレベルより、かなり高い出力レベルです。読み出しチャンネルの入力レンジを最も小さく設定した場合、-50 dBmがADコンバータのフルダイナミックレンジで取り込め、ノイズは最小限に抑えられます。これにより、読み出し信号はコールドステートでの、HEMTアンプなどによるプリアンプのみで十分に対応可能です。
各チャンネルには、フロントパネルにトリガー入力があります。1つのシーケンスプログラムに複数のトリガー入力を組み込むことができ、トリガーの状態をシーケンス分岐の入力として使用することができます。
SHFQCは、コントロールチャンネルごとに1つのマーカ（6チャンネル構成で合計6つ）と、読み出しチャンネル用の2つのトリガー出力をフロントパネルに配置しています。いずれのマーカー/トリガー出力を使用しても、出力の14ビットの分解能が低下することはありません。
強いポンプトーンは、第1ミキサーの前段増幅器を非線形にし、読み出しスペクトルにおけるS/N比の低下やスプリアスの発生につながる可能性があります。この影響を回避するには、次の2つの方法があります。
プリアンプを使用しない。この場合、最初のミキサーステージの後のフィルターで、ポンプトーン信号をフィルタリングすることができる場合があります。もちろん、信号レベルがSHFQCで検出するのに適した範囲にあることを確認する必要があります。
SHFQCとクライオスタットの間に、ポンプトーンキャンセル回路を追加する。
はい：この装置は、USB3.0または1GbEで接続されたコンピュータから操作します。コンピュータは、波形やシーケンスデータをSHFQCにアップロードし、実験結果をダウンロードします。SHFQCは一度起動すると、自律的に信号を生成し、データを取得するので、コンピュータに厳密に依存することはなくなります。
LabOneソフトウェアは当社のダウンロードセンターから自由に入手でき、シングルクリックで機器のファームウェアをアップデートする機能が付いています。SHFQCは、無償のPython用のAPIでも制御できます。ソフトウェアに同梱されているPython APIの例は、量子ビットの操作に特化しており、他の測定フレームワークにも素早く統合できます。LabOneソフトウェアとAPIは、Zurich Instrumentsによって開発され、定期的にアップグレードされているため、装置の新機能を利用することができます。
カスタムPythonコードに依存している場合は、LabOne APIを使って簡単に統合できます。また、LabOneでは、コマンドログ機能により、機器の設定に適したAPIコマンドを見つけることができます。さらに、LabOne QCCSソフトウェアは、スタンドアロンの制御ソフトウェアとして動作するほか、既存のほとんどのフレームワークや制御フレームワークに統合することができます。
LabOneソフトウェアのリリース毎に、新しいツールと機能を提供しています。例えば、高速レゾネータスペクトロスコピーは、読み出しラインを最短時間で測定し、リードアウトラインの特性を評価するのに役立ちます。また、可能な限り速やかにSHFQCをセットアップしてコントロールするのに役立つPythonノートやチュートリアルのライブラリも提供しています。
SHFQCは、システム全体のクロック同期とデータ配信の両方を提供するZurich Instruments社のZSyncリンクを介してPQSCと接続することを目的としています。さらに、32ビットのDIO VHDCIインターフェースを使用して、SHFQCをHDAWGやPQSCなどのQCCSの他の機器に直接接続し、直接フィードバックしたり、サードパーティの機器に接続したりすることができます。
いいえ。SHFSGは通常のPCで制御しますが、QCCS量子コンピューティング制御システムの他の装置との最適な同期のためにはPQSCを使用することを強く推奨します。
SHFQCはスタンドアローンで使用することができ、最大8.5 GHzの周波数変換など、マルチ量子ビットシステムの制御と読み出しに必要なすべての機能を備えています。また、内部のトリガーソースまたは従来のTTL信号発生器でトリガーすることができます。
はい。QCCSのセットアップでは、単一量子ビット制御パルスとパラメトリック2量子ビットゲートにはSHFSGを、フラックスバイアス2量子ビットゲートにはHDAWGを推奨します。
PQSCを介して最大18個のSHFQCを同期させることができ、最大108個の量子ビットを協調して制御することができます。PQSCを介して同期するSHFQCは、LabOne QCCSソフトウェア、LabOne、またはLabOneのPython用APIでプログラムすることができます。
