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Approche modulaire au contrôle du QCCS

Le QCCS de Zurich Instruments se base sur une approche modulaire de contrôle. Ceci signifie que différents instruments peuvent être contrôlés comme un seul système selon la taille de l'installation et la technologie du qubit. Le type et le nombre de modules d'un QCCS peuvent évoluer en fonction des besoins mais restent toujours synchronisés comme un système unique, contrôlé par une seule interface logicielle. Cette approche réduit les efforts de configuration et de contrôle, permettant aux utilisateurs de se concentrer sur leurs recherches en informatique quantique tout en consacrant moins de temps à la mise en œuvre, à l'étalonnage du système et à la programmation de chaque paramètre séparément. Un autre avantage important de cette approche systématique consiste à faire tourner les tâches en parallèle et selon un ordre prédéfini à partir du logiciel de contrôle pour maximiser le temps de fonctionnement du dispositif quantique.

Avec le QCCS, les utilisateurs peuvent

  • Partir d'un kit de développement logiciel (SDK) au niveau du circuit et portes quantiques pour connecter leur ordinateur quantique à un logiciel d'application pilotable à distance, dans le réseau local d'un centre de recherche et dans le nuage.
  • Utiliser un accès au niveau des impulsions et des échantillons pour des expériences individuelles de traitement de l'information quantique comme les protocoles de correction d'erreurs, les codes de surface ou le randomized benchmarking.

Ces deux approches sont disponibles depuis le logiciel de contrôle QCCS de LabOne®, qui permet une mise en opération rapide et un étalonnage fréquent et sur mesure.

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Rack

Le stack quantique dans son ensemble

Le stack quantique combine matériel et logiciel en un seul modèle. Les utilisateurs d'un ordinateur quantique peuvent l'aborder sous différents angles. L'entrée pour un chimiste quantique se situe très probablement au sommet ; un physicien théoricien pourrait être plus intéressé par le code du compilateur et de l'assembleur quantique, tandis qu'il se peut qu'un physicien expérimentateur préfère savoir comment ces algorithmes sont mis en œuvre sur le matériel et comment les résultats sont traités par les utilisateurs. Le flux d'informations des paramètres, le temps et les données dans le stack doivent être organisés et contrôlés avec soin pour garantir la simultanéité et le parallélisme ainsi qu'une expérience utilisateur idéale où l'information est transmise à différents endroits du stack.

Zurich Instruments QCCS Full Quantum Stack

Architecture du système

Zurich Instruments QCCS System Architecture

Le système de contrôle pour l'informatique quantique (QCCS) combine logiciel et matériel de Zurich Instruments pour connecter les algorithmes quantiques de haut niveau aux signaux analogiques du système physique de base. Le QCCS se compose ainsi des éléments suivants :

Architecture logicielle

Le logiciel de contrôle QCCS de Zurich Instruments donne accès aux impulsions comme couche d'abstraction de base et point d'entrée du système dans son ensemble. L'abstraction au niveau des impulsions permet un contrôle des paramètres, la mise à jour dynamique des impulsions en temps réel et en temps proche, et le rappel vers des bibliothèques d'impulsions définies par l'utilisateur à un niveau supérieur. Les portes quantiques simples et les circuits quantiques complets peuvent être exprimés avec des combinaisons d'impulsions individuelles définies et optimisées par l'utilisateur comme modèles, et peuvent être réutilisés pour de multiples expériences de traitement de l'information quantique.

Les expériences de traitement de l'informatique quantique peuvent être exprimées au niveau de l'interface du QCCS dans un langage spécifique au domaine (DSL) en Python ou directement dans un format de données indépendant du langage (JSON). L'interface logicielle QCCS a un format déclaratif en Python et JSON plutôt qu'un format impératif pour séparer clairement les logiciels de Zurich Instruments et ceux des clients et faciliter ainsi le débogage. Le backend du logiciel QCCS se charge de la programmation et de la synchronisation des différents produits de Zurich Instruments et des appareils tiers, de l'exécution de l'expérience et de la récupération des résultats de mesure.

Le changement entre le contrôle des niveaux de seuil, la mise en opération et les procédures de calibration avec l'électronique QCCS de Zurich Instruments peuvent être effectués grâce à un grand nombre d'exemples disponibles en Python et en format JSON.

Zurich Instruments QCCS Software Architecture

Interfaces avec d'autres framework quantiques

L'interfaçage avec d'autres framework quantiques est crucial pour réaliser le plein potentiel d'un ordinateur quantique. L'interface au niveau des impulsions du QCCS de Zurich Instruments est idéale pour créer des applications dédiées, car il n'est pas nécessaire de plonger dans les détails du matériel bien qu'il soit possible de contrôler chaque point de la séquence si cela devient nécessaire. Une documentation complète et de nombreux exemples permettent aux utilisateurs de définir facilement des liens avec d'autres logiciels.

Qiskit, QCoDeS et PycQED sont des exemples de framework quantiques disponibles aujourd'hui et constamment développés. Avec les interfaces du QCCS, les utilisateurs peuvent ainsi bénéficier de ces riches outils de codage, d'optimisation et de visualisation des circuits quantiques en naviguant entre matériel quantique et classique pour enregistrer les résultats, les réglages de chaque instrument, les paramètres environnementaux et les algorithmes dans une même base de données.

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