Quantenforschung

Building a deterministic multi-channel precision signal generation system

Quantenforschung

Flexible, rauscharme Signale zum Triggern von Quantenbits

Entwicklung eines deterministischen Mehrkanal-Systems zur Generierung von Präzisionssignalen

Auf der ganzen Welt skalieren Forscher auf dem Gebiet der Datenverarbeitung mit Quantencomputern von Proof-of-Concept-Designs auf der Basis von einzelnen Qubits auf komplexe Multi-Qubit-Designs, um die Operationstheorie zu validieren. Mit dem neuen 50-Qubit-System von IBM sind die Forscher auf dem Weg zu einem tatsächlich nutzbaren Quantencomputer. Die Datenverarbeitung mit Quantencomputern steht jedoch noch immer vor Herausforderungen. Aktuelle Quantensysteme sind unglaublich komplex und schwierig in der Bedienung. Jedes Qubit erfordert mehrere genau abgestimmte und sequenzierte gepulste HF-Steuersignale. Im Allgemeinen wird nicht unbedingt ein AWG benötigt, um diese Signale zu generieren. Forscher brauchen jedoch eine skalierbare Methode, um deterministische Mehrkanal-Systeme zur Generierung von Präzisionssignalen zu erzeugen.

Präzise Signalquellen mit hoher Signaltreue

Eine der größten Herausforderungen für Quantenforscher sind unabhängig von der verwendeten Technologie die extrem genauen Signale, die benötigt werden, um das Verhalten der Qubits zu verstehen und zu evaluieren. Wenn das kleinste Detail Ihr gesamtes Experiment zum Scheitern bringen kann, sparen Sie mit einem kontrollierten Signal mit hoher Genauigkeit Zeit und können schnell durch Testaufbauten und Signalformen iterieren. Die Tektronix Serie AWG5200 liefert eine unübertroffene Signaltreue mit hervorragender Abtastrate und Speichertiefe – die branchenweit beste Signal-Stimulus-Lösung.

Das Setup beginnt mit einer Basissignalquelle, die ein IQ-Signal generiert, das dann an andere Systeme zur Verstärkung (oder Dämpfung) sowie Konvertierung und ggf. zum Triggersystem weitergegeben wird.

Die Lösung des Skalierbarkeitsproblems

Angesichts von drei AWG-Kanälen, die für die korrekte Steuerung jedes Qubits benötigt werden, und der in Zukunft sehr wahrscheinlichen steigenden Anzahl von Qubits, mit denen gearbeitet wird, sind die Kosten pro Kanal und die Skalierbarkeit wichtige Aspekte jeder Messlösung im Bereich der Quantencomputer. Der AWG5200 bietet 8 hoch synchronisierte Kanäle mit geringem Übersprechen zum attraktiven Preis von 10.000 USD pro Kanal. Mehrere Geräte, Kanal-zu-Kanal-Synchronisierung in einem gegebenen Gerät sind selbstverständlich.

Das 7-Qubit-Gerät von IBM. Foto mit freundlicher Genehmigung durch International Business Machines Corporation.

Vereinfachter Testaufbau

Wenn Sie mit den komplexesten Quantensystemen der Welt arbeiten, können Sie auf Komplexität beim Aufbau Ihrer Messvorrichtung gut verzichten. Sämtliche Plug-ins des AWG5200 für die Signalgenerierung sind mit älterer Tektronix AWG-Software kompatibel, Sie sind mit dem Einstellungsprozess also bereits vertraut. Außerdem können Sie Testaufbauten mithilfe von MATLAB-Skripts automatisieren, um ein einfacheres, aber umfassenderes Test-Setup zu bekommen.

Ein IBM-Kryostat, der für ein 50-Qubit-System verkabelt ist. Foto mit freundlicher Genehmigung durch International Business Machines Corporation.

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