8.5 GHz 양자 분석기

취리히인스트루먼트(Zurich Instruments) SHFQA Quantum Analyzer는 최대 64 개의 초전도(superconducting) 및 스핀(spin) 큐비트에 대한, 전체 실시간 판독(readout) 설정을 하나의 장비로 통합하였습니다. SHFQA는 1 GHz의 깨끗한 순 대역폭을 제공하며, 믹서 보정(mixer calibration)이 필요 없이, DC ~ 8.5GHz의 주파수 범위에서 작동합니다. 2 개 또는 4 개의 판독 채널(readout channel)의 각 채널은 최대 16 개의 큐비트(qubit), 8 개의 큐트리트(qutrit) 또는 5 개의 큐쿼드(ququad)를 분석할 수 있습니다. 2 채널 장비의 경우,이 성능을 위해 SHFQA-16W 옵션이 필요합니다.

SHFQA는 고급 시퀀서(advanced sequencer)와 매치 필터(matched filters) 및 결과 상관관계(result correlation)를 갖춘 저지연(low-latency) 신호 처리 체인 덕분에, 최적의 신호대잡음비와 최소 지연으로, 다중상태 식별(multi-state discrimination)을 가능하게 합니다. 데이터는 활성(active) 큐비트 재설정 또는 글로벌 오류수정 프로토콜(global error correction protocol)을 위해, 다른 장비로 실시간으로 전송됩니다. 사용자 인터페이스로 구성된 LabOne 소프트웨어 세트, 여러 API, 그리고 LabOne Q 제어 소프트웨어등을 통해 제어되는 SHFQA는, 몇 개에서 수백 개의 큐비트에 이르는 크기의 양자컴퓨팅(퀀텀컴퓨팅) 프로젝트를 지원합니다.

SHFQA는 펄스 측정을 수행하여, DUT의 전송 진폭 및 위상을 결정합니다. 신호 대 잡음비 (SNR)를 최대화하는 두 가지 방법은 펄스 형성(pulse shaping)과 매치 필터링(matched filtering)입니다. 임의 파형 발생기를 사용한 펄스 형성은 응답이 느린 장치의 경우에도 링업 및 링다운 시간을 최소화합니다.

SHFQA 디지털 필터의 스텝 응답은, 각 필터에 대해 4-kSa-long 가중치 함수를 프로그래밍하여, 장치의 과도 응답과 일치시킬 수 있습니다. 단순하고 가중치가 없는 통합에 비해, 적절하게 매치필터(matched filter)를 적용하면 SNR이 크게 개선됩니다. 또한, 실시간 분석 체인을 통해 큐비트 당 최대 4 개의 상태를 구별하고 큐비트 결과를 상호 연관시킬 수 있습니다.

단일 마이크로파 라인에서 16 큐비트(qubit) 또는 8 큐트리트(qutrit)을 측정한다는 것은, 극저온 증폭 체인을 최적화하는 것을 의미합니다. 자유롭게 구성할 수있는 통합 가중치(integration weights)는, 큐비트 크로스토크를 줄여, 결과적으로, 장치 제작의 허용 오차를 완화합니다. 임의 파형 발생기의 메모리 블록 (최대 16 개)을 사용하면, 큐비트, 큐트리트 또는 큐쿼드를 시간에 따라 판독하고 트리거 할 수 있습니다. 2 개 또는 4 개의 판독 채널을 선택하고, 2 채널 버전 ( SHFQA-16W 옵션 사용)에 대해 통합 가중치 수를 8 개에서 16 개로 확장 할 수있다는 것은, 사용자가 특정 시스템 요구 사항에 맞게 기기를 조정할 수 있음을 의미합니다.

최대 통합을 위해, SHFQA는 다른 장비와도 효율적으로 인터페이스 할 수 있습니다. 예를 들어, 저지연(low-latency) 32 비트 DIO VHDCI 인터페이스는 빠른 활성 큐비트 재설정 (active qubit reset) 을 위해, 다중 큐비트 상태를 몇 개의 SHFSG 로 피드 포워드 할 수 있습니다. 큐비트 수가 더 많은 시스템의 경우, 여러 SHFQA, SHFSG, HDAWG, HDIQ 및 QHub 를 결합하여 확장 가능한 Quantum Computing Control System (QCCS) 를 구성 할 수 있습니다. 취리히인스트루먼트의 ZSync 인터페이스는 중앙 QHub 를 통해 QCCS의 다른 모든 기기에 SHFQA를 연결하며, 이는 특히 글로벌 오류 수정 프로토콜(global error correction protocol)에 중요합니다.

깨끗하고 교정이 필요없는 8.5GHz로 주파수 변환

동일한 판독 라인에 결합된 공진기(resonator)를 통해 여러 큐비트를 판독할 때, 작은 스퍼라도 최적이 아닌 위치에 있는 경우, 판독 신호가 혼동되거나 작아질 수 있습니다. SHFQA의 최대 8.5 GHz 더블 수퍼헤테로다인(double superheterodyne) 상향 및 하향 변환 방식은,간섭이 아닌 필터링에 의존하므로, 표준 IQ 믹서기반(mixer-based) 변환보다 더 넓은 주파수 대역에서 더 나은 선형성을 제공합니다. 그 결과, 따라서 단일 톤이라도 더 적은 수의 스퍼로 생성되어 즉시 사용할 수 있습니다. 중요한 것은, 성능이 안정적이며 지루한 믹서 보정(mixer calibration)이 필요하지 않다는 것입니다. 이 접근법은, 1 GHz의 순간 분 대역폭과 결합되어, 주파수 다중화(frequency-multiplexed) 큐비트 판독을 위한 공진기 주파수를 설계 할 때 더 많은 유연성을 제공합니다. 또한 시스템의 조정 및 유지 관리를 크게 단순화합니다.

양자 시스템 제어 소프트웨어

저희 양자 컴퓨팅 제어 시스템(Quantum Computing Control System)의 일부로, SHFQA는 LabOne Q 제어 소프트웨어를 사용하여 신규 또는 기존 설정에 완전히 통합될 수 있습니다. 독립형 장치로서, LabOne 및 Python, C, MATLAB^® , LabVIEW™ 및 .NET 용 API 로 제어 할 수 있습니다. 확장된 예제 라이브러리는 설정된 측정 프레임워크로의 통합을 용이하게합니다. LabOne Data Server가 제공하는 데이터 구조화 및 처리 기능 덕분에, 소프트웨어 스택의 사용자 부분은 간단하고 쉽게 유지 관리할 수 있습니다.