Der PQSC, Programmierbarer Quanten-System-Controller von Zurich Instruments, synchronisiert die für Quantencomputer mit bis zu 100 Qubits erforderliche Kontrollelektronik. Seine ZSync-Echtzeit-Kommunikationsverbindungen mit niedriger Latenz sind speziell für Quantencomputer konzipiert: Der PQSC überwindet die praktischen Einschränkungen traditioneller Steuerungsmethoden und realisiert automatisierte und schnelle Qubit-Kalibrierungsroutinen. Der Programmierzugriff auf den leistungsfähigen Xilinx UltraScale+ FPGA ist die Grundlage für die Entwicklung neuer und optimierter Lösungen zur schnellen Signalprozessierung und Fehlerkorrektur, die an den spezifischen Algorithmus und die verwendete Computerarchitektur angepasst sind.
Programmierbarer Quanten-System-Controller
Hauptmerkmale
- Kontrolle von bis zu 100 Qubits
- Synchronisierung von bis zu 18 HDAWGs, d.h. 144 Ausgangskanälen
- < 100 ns Latenzzeit
- Benutzer hat Zugriff auf FPGA Xilinx® UltraScale+ XCZU15EG-2I
- LabOne® Steuerungssoftware und APIs für Python, C, MATLAB®, LabVIEW™ und .NET
Preis
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Der PQSC verfügt über 18 ZSync-Ports für die Verbindung mit dem HDAWG zur Qubit-Steuerung und mit dem SHFQA zum Auslesen des Qubits. Der UHFQA wird mit dem PQSC über seinen 32-bit-DIO-Anschluss unter Verwendung des HDAWG als Brücke verbunden. Diese skalierbare Architektur unterstützt Setups mit mehr als 100 genau synchronisierten AWG-Kanälen und bietet eine Statusüberwachung, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Qubit-Kalibrationsroutinen zu gewährleisten. Die ZSync-Links verteilen den Systemtakt an alle Instrumente und synchronisieren alle Instrumente auf Sub-Nanosekunden-Zeitskalen. Darüber hinaus bieten die Verbindungen eine bidirektionale Datenschnittstelle, um Qubit-Ausleseergebnisse zur zentralen Verarbeitung an den PQSC zu senden und Triggersignale an die Slave-Instrumente zu senden, um synchronisierte Aktionen einzuleiten. Die ZSync-Links halten sich an ein striktes Echtzeitverhalten: alle Datenübertragungen sind auf einen einzigen Taktzyklus genau vorhersagbar. Dies ermöglicht die Implementierung von schnellen Tune-up-Prozeduren, Syndromdekodierung und Fehlerkorrekturroutinen. Die Steuersoftware LabOne bietet eine High-Level-Schnittstelle zu allen Instrumenten im System und wird mit APIs für Python, C, MATLAB®, LabVIEW™ und .NET geliefert.
- Quanten-Computing
- Quantensimulation: Neutral gefangene Atome
- Quantenfehler-Korrektur
- Aktive Qubit-Initialisierung
FPGA
| Type | Xilinx® UltraScale+™ XCZU15EG-2I |
| System logic cells | 747k |
| CLB flip-flops | 682k |
| CLB LUTs | 341k |
| DSP slices | 3,528 |
| Block RAM | 26.2 Mb |
| UltraRAM | 31.5 Mb |
CPUs and memory
| Application processor | Quad ARM® Cortex TM-A53 up to 1,333 MHz |
| Real-time processor | Dual ARM® Cortex TM-R5 up to 533 MHz |
| SDRAM | 4 GB DDR4 with ECC |
Clock
| Input frequency | Auto-detect 10 MHz / 100 MHz |
| Input coupling | 50 Ω, SMA connector |
| Output frequency | Switchable 10 MHz / 100 MHz |
| Output amplitude | > 1 Vpp in 50 Ω |
Connectivity and others
| Host connection | LAN / Ethernet, 1 Gbit/s USB 3.0 JTAG over USB 2.0 for Xilinx® ChipScope™ access |
| Device connection | 18 ZSync ports |
| ZSync communication bandwidth | Down-stream 200 MB/s Up-stream 100 MB/s |
| ZSync communication latency | < 100 ns |
| Trigger | 2 trigger inputs, 2 trigger outputs, 3.3 V TTL on SMA connector |
| Digital I/O | 32 bits, 3.3 V TTL, general purpose |