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QCCS 系统控制

苏黎世仪器(Zurich Instruments)QCCS 遵循模块化的系统控制方法,即根据量子系统的规模和量子比特技术将不同的仪器组合在一起并作为一个整体进行控制。用户可以调整 QCCS 中组件的类型和数量,以适应不断变化的需求,并通过单一软件界面实现整个系统的同步和控制。这种方法大大降低了系统的复杂度和控制的工作量,如减少装配集成,系统校准和硬件编程需要的时间,因此用户可以更加集中精力专注于量子计算的物理问题。该方法的另一个显著优势是能够在控制软件中并行执行任务,并将任务排队以优化量子设备的运行时间。

使用 QCCS,用户可以

  • 可以从电路级和门级软件开发套件(SDK)着手,逐步向将量子计算机与应用软件对接,进而将应用软件在远程计算机,研究机构的局域网内或云中使用。
  • 控制底层的脉冲信号和信号采集来实现各种量子信息处理实验,例如纠错协议,表面代码或随机基准测试。

LabOne QCCS 软件架构同时支持以上两个方面,可实现快速调谐,反复自动校准和自定义实验。

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Rack

全量子堆栈

量子堆栈将硬件和软件整合为一体。不同量子计算机用户对量子堆栈有不同的需求。量子化学科研人员最感兴趣的可能是量子堆栈的最高层,理论物理学家可能对的量子编译器和汇编器的编码更感兴趣,而实验物理学家可能更想知道这些算法如何在硬件上实现以及如何处理测量结果并返回给用户。量子堆栈中的信息流,包括硬件设置,时序和数据,必须精细管理和控制,以确保同步性,并行性以及理想的用户体验,即堆栈的每一层都能准确无误地运行。

Zurich Instruments QCCS Full Quantum Stack

系统架构

Zurich Instruments QCCS System Architecture

量子计算控制系统(QCCS)将苏黎世仪器公司的软件和硬件整合到一个系统中,从而有效地衔接高级量子算法与来自物理系统的模拟信号。 QCCS 包括:

软件架构

Zurich Instruments QCCS 软件为用户提供了脉冲层次的访问权限,并以此为基本抽象层及整个系统的切入点。脉冲级抽象层实现了对脉冲的参数控制,实时和近实时动态脉冲更新,以及在更高级别上回调到用户定义的脉冲库。用户可以定义和优化不同的脉冲组合以实现单量子门和全量子电路,并以此为模板用于其它量子信息处理实验。

量子信息处理实验可以在 QCCS 软件界面上以 Python 的领域特定语言(DSL)表示,也可以直接以与语言无关的数据格式(JSON)表示。 QCCS 软件界面具有 Python 和 JSON 的声明式编程,而不是命令式编程,从而明确区分 Zurich Instruments 和客户软件,因此方便调试。 QCCS 软件的后端负责各个苏黎世仪器产品和第三方设备的编程和同步,实验的执行以及测量结果的检索。

借助 Python Jupyter Notebook 和 JSON 框架中的丰富示例,用户可以使 Zurich Instruments 量子计算控制电子设备过渡到门级控制,并实现快速调谐和校准实验。

Zurich Instruments QCCS Software Architecture

与其他量子框架的接口

与不同的量子框架的接口对于发挥量子计算机的全部潜力至关重要。苏黎世仪器致力于最大程度地支持不同种量子框架接口。QCCS 软件的脉冲级抽象层构成了实现特定应用前端的理想接口,因为它在屏蔽硬件细节的同时,如果需要的话,允许逐样本控制。通过大量的文档,代码设计和示例, 用户可以轻松地用其它软件定义 QCCS 硬件。

当今可用的量子计算软件工具集在不断地增长,如 Qiskit,QCoDeS 和 PycQED。借助 QCCS 软件界面,用户将直接受益于这些丰富的工具集,进而实现量子电路的编码,优化和可视化。QCCS 软件支持跨量子硬件和经典硬件的工作流程,并将测量结果,仪器设置,环境参数和算法记录在数据库中。

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