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Quantencomputing-Steuerungssystem

Im Jahr 2018 führte Zurich Instruments das erste kommerzielle Quantencomputing-Kontrollsystem (QCCS) ein, das zur Kontrolle von mehr als 100 supraleitenden und Spin-Qubits konzipiert wurde. Jede Komponente des QCCS ist so konzipiert, dass sie eine spezifische Rolle bei der Qubit-Kontrolle, Auslesung und Rückkopplung spielt und voll synchronisiert mit den anderen Teilen des Systems arbeitet. LabOne®, die Kontrollsoftware von Zurich Instruments, ermöglicht einen schnellen Zugriff auf Qubit-Daten und erleichtert die Integration in übergeordnete Software-Frameworks.

Das QCCS von Zurich Instruments unterstützt Forscher und Ingenieure, indem es ihnen ermöglicht, sich auf die Entwicklung von Quantenprozessoren und anderen Elementen des Quanten-Stack zu konzentrieren und gleichzeitig von der fortschrittlichsten klassischen Steuerungselektronik und -software zu profitieren.

Effiziente Arbeitsabläufe, massgeschneiderte Spezifikationen und Funktionalität sowie ein hoher Grad an Zuverlässigkeit sind die von unseren Kunden am meisten geschätzten Eigenschaften.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse, die bereits mit dem QCCS erzielt wurden (siehe unten für eine Liste von Veröffentlichungen), sind aus der engen Zusammenarbeit mit einigen der ehrgeizigsten Forschungsgruppen auf diesem Gebiet entstanden. Mit der kürzlichen Einführung des SHFQA-Quantenanalysators wird die zweite Generation von QCCS-Produkten eingeführt, die direkt bei Qubit-Frequenzen arbeiten, eine höhere Dichte und niedrigere Kosten pro Qubit bieten und neue Funktionen bieten, die den neuesten Entwicklungen im Quantencomputing Rechnung tragen.

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Logo

 

Hauptmerkmale

  • Skalierbares Design: Neue Ein- und Ausgänge können jederzeit hinzugefügt werden, und eine hohe Kanaldichte und konsistente Leistung sind für alle Einrichtungsgrößen garantiert.
  • Produktivitätssteigernde Software: LabOne verbindet Quantenalgorithmen auf Puls-Ebene effizient mit den analogen Signalen des physikalischen Aufbaus.
  • Auf die Anwendung abgestimmte Hardware-Spezifikationen: geringes Rauschen, hohe Auflösung und große Bandbreite.
  • Ein durchdachter und getesteter Systemansatz: präzise Synchronisation, zuverlässiger Betrieb.
  • Rückkopplungsbetrieb: schnelle Datenübertragung im gesamten System, leistungsstarke Decodierfähigkeit.

Systemsteuerung

Systemsteuerung

  • Bedienung wie ein einziges Gerät
  • Synchronisierung und Echtzeitbetrieb über das gesamte System
  • Parallelisierung und Queuing von Aufgaben zur Minimierung von Leerlaufzeiten auf dem Quantengerät
  • Schnittstellen zu anderen Quantenframeworks

Qubit-Kontrolle

Qubit-Kontrolle

  • Maximaler Gatter-Güte: geringes Rauschen, hohe Bandbreite, hohe Stabilität
  • Lösungen für alle typischen Ein- und Zwei-Qubit-Kontrollsignale
  • Hohe Systemauslastung dank speichereffizienter Sequenzierung

Qubit-Auslesung

Qubit-Auslesung

  • Bis zu 64 Qubits pro Instrument
  • Maximale Auslesegüte
  • Niedrige Latenzzeit, Echtzeitbetrieb
  • Analyse von Qutrits und Quads mit Mehrstaatendiskriminierung

Quanten-Feedback

Quanten-Feedback

  • Mehrere unterstützte Konfigurationen: von Einzel-Qubit- bis zu groß angelegten Quantencomputern
  • Ultra-niedrige Latenzzeit, ab 50 ns
  • Leistungsstarker Multi-Qubit-Zustandsdecoder

QCCS-Übersichtsvideo

Zurich Instruments - Qubit control for 100 qubits and more

Fallstudie

Im April 2020 ging Quantum Inspire live. Als erster europäischer Quantencomputer in der Cloud bietet er Zugang zu 2 Backends, eines mit supraleitenden Transmon-Qubits und eines mit Spin-Qubits. Beide Setups werden vom QCCS von Zurich Instruments betrieben.

Video 'Making of' anschauen

  • Zuverlässiger, stabiler Betrieb 24/7
  • Leistungskritische Merkmale: Multiplex-Auslesung, Vorkompensation und Schnittstellen
  • Voller Funktionsumfang: Bring-Up, Kalibrierung und Charakterisierung, keine manuelle Neuverkabelung
  • Upgrade-Pfad auf 100 Qubits und darüber hinaus

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Application Notes

Zurich Instruments

Superconducting Qubit Characterization

Zurich Instruments

Active Reset of Superconducting Qubits

Zurich Instruments

Frequency Up-Conversion for Arbitrary Waveform Generators

Zurich Instruments

Bell State Preparation of Superconducting Qubits

Publications

Bengtsson, A. et al.

Quantum approximate optimization of the exact-cover problem on a superconducting quantum processor

arXiv

Rol, M.A. et al.

Fast, high-fidelity conditional-phase gate exploiting leakage interference in weakly anharmonic superconducting qubits

Phys. Rev. Lett. 123, 120502 (2019)

Werninghaus, M. et al.

Leakage reduction in fast superconducting qubit gates via optimal control

Crippa, A. et al.

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

Nat. Commun. 10, 2776 (2019)

Rol, M.A. et al.

A fast, low-leakage, high-fidelity two-qubit gate for a programmable superconducting quantum computer

Phys. Rev. Lett. 123, 120502 (2019)

Bultink, C.C. et al.

General method for extracting the quantum efficiency of dispersive qubit readout in circuit QED

Appl. Phys. Lett. 112, 092601 (2018)

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)

Collodo, M.C. et al.

Implementation of Conditional-Phase Gates based on tunable ZZ-Interactions

arXiv

Guo, X.-Y. et al.

Observation of Bloch oscillations and Wannier-Stark localization on a superconducting processor

arXiv

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