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Quanten-Feedback-Messungen

Verwandte Produkte: HDAWG, UHFQA, PQSC

Anwendungsbeschreibung

Bei Quanten-Feedback-Messungen werden die Ergebnisse von Single-Shot-Qubit-Messungen als Entscheidungsinput für eine sofortige Rückkopplungsaktion auf die Qubits innerhalb ihrer Kohärenzzeit verwendet. Da die Kohärenzzeiten oft kurz sind, ist der Zugang zu einer möglichst geringen Latenzzeit entscheidend, um die Güte der Gesamtoperation so hoch wie möglich zu halten. Um die Wiederholbarkeit zu gewährleisten, muss die gesamte Rückkopplungsschleife mit deterministischem Timing abgeschlossen werden, auch wenn sie durch mehrere Instrumente läuft.

Quanten-Feedback-Messungen werden in Anwendungen wie der schnellen Qubit-Initialisierung, der Quantenzustandsstabilisierung und der Quantenfehlerkorrektur verwendet. Die Anwendungsfälle unterscheiden sich in der Komplexität der erforderlichen Signalverarbeitung zwischen Messung und Rückkopplung; der Signalverarbeitungsschritt reicht von der einfachen Weiterleitung digitaler Informationsbits bis zur anspruchsvollen Fehlersyndrom-Dekodierung. Die Produkte von Zurich Instruments decken das gesamte Spektrum der Konfigurationen ab, die in Supraleitungs- und Spin-Qubit-Experimenten benötigt werden, um sicherzustellen, dass der beste Kompromiss zwischen Rückkopplungsgeschwindigkeit und Komplexitätsbehandlung erreicht wird.

Messverfahren

Quantum feedback measurements with the Zurich Instruments HDAWG, UHFQA and PQSC

Ereignisbasiert: 50 ns Latenzzeit

In der schnellstmöglichen Konfiguration wird eine ansteigende TTL-Flanke an einen der Triggereingänge des HDAWG gesendet, um 50 ns später ein analoges Signal (First-Sample-Out) auf einem Ausgangspaar zu erzeugen (siehe Abbildung a). Diese Konfiguration ist geeignet, wenn das Auslesesignal von 1 Qubit absichtlich auf 1 spezifisches Qubit zurückgeführt wird, wie dies bei aktivem Qubit-Reset der Fall ist. Das TTL-Signal kann auch für die Qubit-Auslesung von Geräten anderer Hersteller geliefert werden.

Punkt-zu-Punkt: 380 ns Latenzzeit

In dieser Konfiguration ist ein UHFQA über ein VHDCI-Kabel (DIO-Link) mit einem HDAWG verbunden (siehe Abbildung b). Der DIO-Link überträgt bis zu 10 Qbit Auslesesignale als digitale Bits; diese 10 Informationsbits können zur Steuerung von 8 HDAWG-Ausgangssignalen verwendet werden. Die Latenzzeit von 380 ns wird gemessen von dem Zeitpunkt, zu dem der letzte Abtastwert eines Ausleseimpulses in den Signaleingang des UHFQA eintritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der erste Abtastwert eines Steuerimpulses am Wellenausgang des HDAWG erzeugt wird. Da es sich bei der DIO-Verbindung um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung handelt, ist diese Konfiguration nur auf eine Teilmenge aller möglichen Rückkopplungsoptionen anwendbar.

PQSC-basiert: 700 ns Latenzzeit

Wie in der Abbildung c dargestellt, sind mehrere HDAWGs über ZSync-Kabel mit einem PQSC verbunden und mehrere UHFQAs sind über VHDCI-Kabel (DIO-Links) mit den HDAWGs verbunden. Jede DIO-Link/ZSync-Verbindung überträgt bis zu 10 Qubit Auslesesignale von einem UHFQA zum PQSC. Die ZSync-Verbindung überträgt auch Bit-Wörter vom PQSC zum HDAWG, die als Entscheidungseingang für die Wellenformauswahl verwendet werden können. Mit seiner Rückkopplungsfunktion ist das PQSC in der Lage, Qubit-Auslesedaten mit einer Nachschlagetabelle zu verarbeiten. Auf dem schnellstmöglichen Weg beträgt die Latenzzeit zwischen dem letzten Sample in jedem UHFQA und dem ersten Sample out in jeder HDAWG weniger als 700 ns. Diese Konfiguration ist auf zwei Arten auf große Qubit-Zahlen skalierbar: Erstens unterstützt die Sterntopologie bis zu 18 ZSync-Verbindungen. Zweitens ermöglichen die zentralen Datenverarbeitungsressourcen auf dem PQSC die Implementierung der Syndromdekodierung zur Quantenfehlerkorrektur.

Vorteile mit Zurich Instruments

  • Geringe Latenzzeit, Skalierbarkeit, leistungsstarke Echtzeit-Datenverarbeitung: alle kritischen Anforderungen für Ihre Quanten-Feedback-Messungen werden gleichzeitig erfüllt.
  • Nutzen Sie die Flexibilität, die optimale Konfiguration für Ihr Experiment unter den oben diskutierten Szenarien zu wählen.
  • Sie können hochmoderne experimentelle Methoden verwenden, ohne dass umfangreiche Kenntnisse der FPGA-Programmierung erforderlich sind.

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Publications

Andersen, C.K. et al.

Entanglement stabilization using ancilla-based parity detection and real-time feedback in superconducting circuits

npj Quantum Inf. 5, 69 (2019)

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