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Informatique quantique avec qubits de spin semi-conducteurs

Produits connexes: HDAWG, UHF + AWG, MFLI + MD + DIG

Description de l'application

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

L'informatique quantique basée sur les qubits de spin semi-conducteurs est une technologie de pointe pour la réalisation d'ordinateurs quantiques de plus en plus complexes. Les boites quantiques semi-conductrices (QD) sont utilisées pour piéger les charges individuelles et les spins associés qui sont ensuite utilisés comme qubits. Le système de contrôle pour l'informatique quantique (QCCS) de Zurich Instruments fournit tous les outils nécessaires pour la caractérisation, le contrôle et la lecture des qubits de spin, offrant une solution à faible bruit qui améliore la fiabilité de la configuration et simplifie le contrôle.

Les spins uniques sont confinés dans des boites quantiques semi-conductrices. Des portes métalliques les définissent et contrôlent les couplages relatifs. Une boite quantique plus large est utilisé comme capteur de charge pour les plus petites boites qui servent de qubits. Les opérations à un qubit sont induites par un champ magnétique oscillant couplé aux qubits par des lignes micro-onde. Des portes à deux qubits peuvent être réalisées avec des impulsions rapides sur les portes métalliques qui sont proches de deux boites quantiques.

Stratégies de mesure

Caractérisation des boites quantiques

La détection synchrone MFLI est utilisée pour la caractérisation des boites quantiques. L'amplificateur de courant intégré à faible bruit est capable d'amplifier les plus faibles courants qui circulent dans un QD typique, et les oscillateurs sont réglés sur différentes fréquences pour acquérir simultanément la conductance DC, la conductance basse fréquence et la trans-impédance de grille. La fonction de numérisation peut être utilisée pour acquérir des traces de courant rapides afin d'effectuer une lecture de spin single-shot.

Contrôle de qubit multiplexé rapide

Le générateur de formes d'onde arbitraires HDAWG génère les impulsions rapides pour les portes métalliques qui sont utilisées pour contrôler les niveaux d'énergie des QD et les couplages ainsi que pour piloter les portes à deux qubits. Pour balancer l'effet du couplage croisé, des impulsions supplémentaires sont appliquées à plusieurs portes. Le HDAWG est capable de moduler la source micro-onde afin de produire des portes à un seul qubit. Différents qubits peuvent être adressés avec ce multiplexage de fréquence.

Un système de modulation à bande latérale unique, associé aux oscillateurs internes, supprime les images indésirables et facilite l'obtention d'un spectre propre.

Lecture à haute fidélité

La vitesse de lecture est améliorée lorsqu'elle est effectuée à haute fréquence avec la réflectométrie radio-fréquence (RF). La détection synchrone UHFLI génère le signal de lecture RF de la sonde et acquiert la réponse réfléchie du QD capteur pour effectuer une lecture single-shot rapide (mesure unique) et à haute fidélité du spin. Jusqu'à huit points de détection peuvent être multiplexés et lus simultanément. L'amplitude ou la phase des signaux démodulés constitue une mesure de l'impédance complexe du capteur de charge à partir de laquelle l'état du qubit est mesuré.

Pourquoi choisir Zurich Instruments

Le QCCS fournit tous les composants essentiels pour caractériser et contrôler un système complexe de qubits de spin.

  • Un haut niveau d'intégration garantit une faible complexité de configuration et un faible effort de maintenance :
    • L'amplificateur de courant, le multimètre, la détection synchrone et le numériseur sont groupés dans une seule unité.
    • La lecture de la réflectométrie avec génération et détection de signaux unifiés est effectuée sans qu'il soit nécessaire de procéder à une conversion analogique en fréquence.
  • Un besoin réduit d'isolation et de filtrage entraîne une faible dissipation de puissance au niveau des connecteurs d'entrée.
  • Les API de LabOne®, avec les driver pour Labber et QCoDeS, permettent une intégration rapide dans votre environnement de contrôle et votre configuration existante.
  • Bénéficiez d'un contrôle de spin précis et d'une fidélité accrue, même pour les qubits rapides, grâce aux sorties HDAWG rapides et à faible bruit.
  • Vous pouvez effectuer des expériences avancées et complexes avec le séquenceur en temps réel.
  • Gagnez l'accès à un plus grand nombre de qubits : contrôlez de nombreux qubits multiplexés grâce aux oscillateurs internes et à la large bande passante de sortie.

Le QCCS est un investissement à l'épreuve du temps qui optimise vos flux de travail et la performance de vos manipulations.

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Vidéos

Contrôle pour 100 qubits et plus

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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