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Computazione quantistica basata sui qubit di spin

Prodotti correlati: HDAWG, UHF + AWG, MFLI + MD + DIG

Descrizione dell'applicazione

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

La computazione quantistica basata sui qubit di spin è una tecnologia molto promettente per la realizzazione di computer quantistici scalabili. I punti quantici (anche noti come 'quantum dots') sono usati per intrappolare cariche individuali e gli spin associati, che sono poi usati come qubit. Il sistema di controllo per la computazione quantistica (QCCS) di Zurich Instruments fornisce tutti gli strumenti chiave per la caratterizzazione, il controllo e la lettura dei qubit di spin, fornendo una soluzione scalabile e a basso rumore che migliora l'affidabilità dell'esperimento e ne semplifica il controllo.

Gli spin singoli sono confinati nei punti quantici. Dei gate metallici li definiscono e ne controllano gli accoppiamenti relativi. Un grande punto quantico è usato come sensore di carica per quelli più piccoli che servono come qubit. Le operazioni sul singolo qubit sono indotte attraverso un campo magnetico oscillante accoppiato ai qubit attraverso 'strip lines' a microonde. I gate a due qubit possono essere realizzati con impulsi veloci sui gate metallici vicini a due punti quantici.

Strategie di misura

Caratterizzazione dei punti quantici

L'amplificatore lock-in MFLI è utilizzato per la caratterizzazione dei punti quantici. L'amplificatore di corrente integrato a basso rumore è in grado di amplificare la bassa corrente che scorre attraverso un punto quantico tipico, e gli oscillatori multipli sono impostati su frequenze diverse per acquisire simultaneamente la conduttanza DC, la conduttanza a bassa frequenza e la trans-impedenza del gate. La funzione di digitalizzazione può essere usata per acquisire tracce di corrente veloci per eseguire la lettura degli spin in modalità 'single-shot'.

Controllo veloce e 'multiplexed' dei qubit

Il generatore di forme d'onda arbitrarie HDAWG genera gli impulsi veloci per i gate metallici utilizzati per controllare i livelli di energia e gli accoppiamenti di un punto quantico e operare i gate a due qubit. Per contrastare l'effetto dell'accoppiamento incrociato, impulsi aggiuntivi sono applicati a gate multipli. Lo HDAWG è in grado di modulare la sorgente a microonde per produrre gate a singolo qubit. Qubit diversi possono essere interrogati con il multiplexing in frequenza.

Uno schema di modulazione a banda laterale unica, unito agli oscillatori interni, sopprime le immagini indesiderate e facilita uno spettro pulito.

Lettura ad alta fidelity

La velocità di lettura degli spin è notevolmente migliorata se eseguita ad alta frequenza con la riflettometria RF. L'amplificatore lock-in UHFLI genera il tono di lettura RF della sonda e acquisisce la risposta riflessa del punto quantico di rilevamento per eseguire l'operazione di lettura 'single-shot' veloce e ad alta fidelity. Fino a otto punti di rilevamento possono essere letti simultaneamente. L'intensità o la fase dei segnali demodulati fornisce una misura dell'impedenza complessa del sensore di carica da cui è possibile misurare lo stato del qubit.

Perché scegliere Zurich Instruments

Il QCCS fornisce tutti i componenti necessari per caratterizzare e controllare un sistema complesso di qubit di spin.

  • Un alto livello di integrazione garantisce una bassa complessità per il setup sperimentale e piccoli sforzi di manutenzione:
    • Amplificatore di corrente, multimetro, amplificatore lock-in e digitalizzatore si trovano in una singola unità hardware.
    • La lettura riflettometrica con generazione e rilevazione unificata del segnale viene eseguita senza bisogno di 'up-/down-conversion' analogica esterna.
  • Una ridotta necessità di isolamento e filtraggio porta a una bassa dissipazione di potenza al livello dei connettori di ingresso.
  • Le API di LabOne, con i driver per Labber e QCoDeS, consentono una rapida integrazione nel vostro ambiente di controllo e nelle configurazioni già esistenti.
  • Sperimentate un controllo accurato degli spin e una maggiore fidelity, anche per i qubit veloci, grazie alle uscite veloci e a basso rumore dello HDAWG.
  • Potete eseguire esperimenti avanzati e complessi grazie al sequenziatore in tempo reale.
  • Scegliete un percorso chiaro per numeri maggiori di qubit: con il QCCS è infatti possibile controllare molti qubit in maniera 'multiplexed' grazie agli oscillatori interni e alla grande larghezza di banda di uscita.

Il QCCS è un investimento a lungo termine che ottimizza i vostri flussi di lavoro e le prestazioni del vostro setup.

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Video

Controllare 100 qubit e oltre

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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