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Spin-basiertes Quantum Computing

Verwandte Produkte: HDAWG, UHF + AWG, MFLI + MD + DIG

Anwendungsbeschreibung

Spin Based Quantum Computing application diagram using the Zurich Instruments Quantum Computing Control System

Spin-basiertes Quantum Computing ist eine führende Technologie für die Realisierung von skalierbaren Quantencomputern. Halbleiter-Quantenpunkte (QDs) werden verwendet, um einzelne Ladungen und die dazugehörigen Spins einzufangen, die dann als Qubits verwendet werden. Das Quantencomputing-Kontrollsystem (QCCS) von Zurich Instruments bietet alle wichtigen Werkzeuge für die Charakterisierung, Kontrolle und das Auslesen von Spin-Qubits und stellt damit eine rauscharme und skalierbare Lösung dar, die die Zuverlässigkeit des Aufbaus verbessert und die Aufbaukontrolle vereinfacht.

Einzelne Spins sind in Halbleiter-Quantum-Dots eingeschlossen. Metallische Gates definieren sie und kontrollieren die relativen Kopplungen. Ein großer Quantenpunkt wird als Ladungssensor für die kleineren verwendet, die als Qubits dienen. Einzelne Qubit-Operationen werden durch ein oszillierendes Magnetfeld induziert, das über Mikrowellen-Streifenleitungen mit den Qubits gekoppelt ist. Zwei-Qubit-Gatter können mit schnellen Impulsen an denjenigen metallischen Gattern realisiert werden, die sich in der Nähe von zwei Quantenpunkten befinden.

Messverfahren

Quantenpunkt-Charakterisierung

Der MFLI Lock-in-Verstärker wird für die Quantenpunkt-Charakterisierung verwendet. Der integrierte rauscharme Stromverstärker ist in der Lage, den kleinen Strom, der durch einen typischen QD fließt, zu verstärken. Die mehreren Oszillatoren werden auf verschiedene Frequenzen eingestellt, um gleichzeitig den DC-Leitwert, den niederfrequenten Leitwert und die Gate-Transimpedanz zu erfassen. Die Digitizer-Funktion kann verwendet werden, um schnelle Stromspuren zu erfassen, um eine Single-Shot-Spin-Auslesung durchzuführen.

Schnelle gemultiplexte Qubit-Steuerung

Der mehrkanalige HDAWG Arbitrary Waveform Generator erzeugt die schnellen Impulse für die metallischen Gates, die zur Steuerung der QD-Energieniveaus und Kopplungen sowie zur Ansteuerung der Zwei-Qubit-Gates verwendet werden. Um dem Effekt der Kreuzkopplung entgegenzuwirken, werden zusätzliche Pulse an mehrere Gates angelegt. Der HDAWG ist in der Lage, die Mikrowellenquelle zu modulieren, um Ein-Qubit-Gatter zu erzeugen. Durch Frequenzmultiplexing können verschiedene Qubits angesprochen werden.

Ein Einseitenband-Modulationsschema unterdrückt in Verbindung mit den internen Oszillatoren unerwünschte spektrale Komponenten.

Auslesen mit hoher Güte

Die Auslesegeschwindigkeit des Spins wird erheblich verbessert, wenn die RF-Reflektometrie bei hoher Frequenz durchgeführt wird. Der UHFLI-Lock-in-Verstärker erzeugt den RF-Ausleseton der Sonde und erfasst die reflektierte Antwort des QDs, um eine schnelle und zuverlässige Single-Shot-Spin-Auslesung durchzuführen. Bis zu acht Abtastpunkte können gemultiplext und gleichzeitig ausgelesen werden. Der Betrag oder die Phase der demodulierten Signale ist ein Maß für die komplexe Impedanz des Ladungssensors, woraus der Qubit-Zustand gemessen werden kann.

Vorteile mit Zurich Instruments

Das QCCS bietet alle wichtigen Komponenten zur Charakterisierung und Steuerung eines komplexen Spin-Qubit-Systems.

  • Ein hoher Integrationsgrad garantiert einen geringen Einrichtungs- und Wartungsaufwand:
    • Stromverstärker, Multimeter, Lock-in-Verstärker und Digitizer befinden sich in einer einzigen Einheit.
    • Das Auslesen der Reflektometrie mit einheitlicher Signalerzeugung und -detektion erfolgt ohne externe analoge Auf-/Abwärtswandlung.
  • Ein reduzierter Bedarf an Isolation und Filterung führt zu einer geringen Verlustleistung an den Eingangsanschlüssen.
  • Die LabOne APIs, mit Treibern für Labber und QCoDeS, ermöglichen eine schnelle Integration in Ihre Steuerungsumgebung und Ihr bestehendes Setup.
  • Erleben Sie dank der schnellen und rauscharmen HDAWG-Ausgänge eine genaue Spin-Kontrolle und eine verbesserte Wiedergabetreue, auch für schnelle Qubits.
  • Mit dem Echtzeit-Sequenzer können Sie fortgeschrittene und komplexe Experimente durchführen.
  • Erschließen Sie sich einen klaren Weg zu einer größeren Anzahl von Qubits: Steuern Sie viele gemultiplexte Qubits mit den internen Oszillatoren und der großen Ausgangsbandbreite.

Das QCCS ist eine zukunftssichere Investition, die Ihre Arbeitsabläufe und Setup-Leistung optimiert.

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Videos

Qubit-Steuerung für 100 Qubits und mehr

Zurich Instruments - Qubit control for 100 qubits and more

Application Notes

Zurich Instruments

Power Dissipation at Input Connectors of Lock-in Amplifiers

Publications

Hanson, R., Kouwenhoven, L.P., Petta, J.R., Tarucha, S. & Vandersypen, L.M.K.

Spins in few-electron quantum dots

Rev. Mod. Phys. 79, 1217 (2007)

Crippa, A. et al.

Gate-reflectometry dispersive readout and coherent control of a spin qubit in silicon

Nat. Commun. 10, 2776 (2019)

Crippa, A. et al.

Level Spectrum and Charge Relaxation in a Silicon Double Quantum Dot Probed by Dual-Gate Reflectometry

Nano Lett. 17, 1001-1006 (2017)

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