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Système de contrôle pour l'informatique quantique

En 2018, Zurich Instruments a lancé le premier système commercial de contrôle pour ordinateur quantique (QCCS), conçu pour contrôler plus de 100 qubits supraconducteurs ou de spin. Chaque composant du QCCS joue un rôle spécifique dans le contrôle, la lecture et la rétroaction des qubits, et fonctionne de manière totalement synchronisée avec les autres parties du système. LabOne®, le logiciel de contrôle de Zurich Instruments, permet un accès rapide aux données des qubits et facilite l'intégration dans des logiciels de niveau supérieur.

Le QCCS de Zurich Instruments soutient les chercheurs et les ingénieurs en leur permettant de se concentrer sur le développement de processeurs quantiques et d'autres éléments du stack quantique tout en bénéficiant de l'électronique et des logiciels de contrôle classiques les plus avancés.

Un flux de travail adapté, des spécifications et caractéristiques sur mesure, ainsi qu'un haut degré de fiabilité sont les caractéristiques les plus appréciées par nos clients.

Les résultats scientifiques déjà obtenus avec le QCCS (voir ci-dessous pour une liste de publications) témoignent de notre collaboration étroite avec certains des groupes de recherche les plus ambitieux dans ce domaine. Le lancement récent de l'analyseur quantique SHFQA introduit la deuxième génération de la gamme QCCS, avec des instruments qui fonctionnent directement à la fréquences des qubits, offrent une densité plus élevée et un coût par qubit plus faible, et fournissent de nouvelles fonctionnalités qui tiennent compte des développements les plus récents en matière d'informatique quantique.

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Logo

 

Caractéristiques principales

  • Conception de mise à l'échelle : de nouvelles entrées et sorties peuvent être ajoutées à tout moment. Une densité de canaux élevée et des performances constantes sont garanties quelque soit la taille du dispositif expérimental.
  • Logiciel au service de la productivité : LabOne fait le lien entre les algorithmes quantiques de haut niveau et les signaux analogiques du dispositif quantique.
  • Spécifications matérielles adaptées à l'application : faible bruit, haute résolution et large bande passante.
  • Approche systématique, pensée en amont et validée en pratique, pour une  synchronisation précise et un fonctionnement fiable.
  • Mode de rétroaction : transmission rapide des données dans le système, capacité de décodage puissante.

Contrôle du système

Contrôle du système

  • Fonctionnement en tant qu'instrument unique
  • Synchronisation et fonctionnement en temps réel pour l'ensemble du système
  • Parallélisation et mise en file d'attente des tâches pour réduire au minimum les temps morts sur le dispositif quantique
  • Interfaçage avec d'autres framework quantiques

Contrôle des qubits

Contrôle des qubits

  • Fidélité maximale des portes quantiques : faible bruit, large bande passante, grande stabilité
  • Solutions pour tous les signaux de commande typiques à 1 et 2 qubits
  • Utilisation optimisée du système grâce à un séquençage efficace de la mémoire

Lecture des qubits

Lecture des qubits

  • Jusqu'à 64 qubits par instrument
  • Fidélité maximale de lecture
  • Faible latence, fonctionnement en temps réel
  • Analyse des qutrits et des ququads avec discrimination multi-états

Rétroaction quantique

Rétroaction quantique

  • Multiples configurations prises en charge : du simple qubit à l'informatique quantique à grande échelle
  • Latence ultra-faible, jusqu'à 50 ns
  • Puissant décodeur d'états à plusieurs qubits

Vidéo de présentation du QCCS

Zurich Instruments - Qubit control for 100 qubits and more

Étude de cas

En avril 2020, Quantum Inspire a été mis en ligne. Premier ordinateur quantique européen dans le nuage, il permet d'accéder à deux backends, l'un avec des qubits de transmon supraconducteurs et l'autre avec des qubits de spin. Les deux installations sont alimentées par le QCCS de Zurich Instruments.

Voir la vidéo du "Making of" (en anglais)

  • Fonctionnement fiable et stable 24 heures sur 24, 7 jours sur 7
  • Caractéristiques essentielles : lecture multiplexée, précompensation et interfaçage
  • Ensemble complet de fonctionnalités : mise en service, étalonnage et caractérisation, aucun recâblage manuel
  • Mise à niveau orientée vers 100 qubits et au-delà

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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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