Il controller di sistema quantistico programmabile PQSC (in inglese, programmable quantum system controller) di Zurich Instruments riunisce la strumentazione necessaria per i computer quantistici fino a 100 qubit. I suoi collegamenti di comunicazione ZSync a bassa latenza e in tempo reale sono progettati specificamente per la computazione quantistica: il PQSC supera i limiti pratici dei metodi di controllo tradizionali, permettendo di realizzare routine di calibrazione dei qubit automatizzate e rapide. L'accesso alla programmazione della potente FPGA Xilinx UltraScale+ è la base per sviluppare soluzioni di elaborazione nuove e ottimizzate, per una messa a punto rapida e una correzione degli errori adattate all'algoritmo utilizzato e all'architettura del processore in uso.
Controller di sistema quantistico programmabile
Caratteristiche principali
- Controllo fino a 100 qubit
- Sincronizzazione fino a 18 HDAWG, ossia 144 canali di uscita
- < 100 ns latenza di comunicazione
- Personalizzazione attraverso l'accesso utente alla FPGA Xilinx® UltraScale+ XCZU15EG-2I
- Software di controllo LabOne® e API per Python, C, MATLAB®, LabVIEW™ e .NET
Prezzo
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Documentazione
Il PQSC è dotato di 18 porte ZSync per connettersi con lo SHFSG o con lo HDAWG (per il controllo dei qubit) e con lo SHFQA (per la lettura dei qubit). L'UHFQA si collega al PQSC attraverso il suo connettore DIO a 32 bit usando lo HDAWG come ponte. Questa architettura scalabile supporta configurazioni con più di 100 canali AWG accuratamente sincronizzati e fornisce il monitoraggio dello stato quantistico per assicurare la qualità e l'affidabilità delle routine di messa a punto dei qubit. I collegamenti ZSync distribuiscono il clock di sistema a tutti gli strumenti e sincronizzano tutti gli strumenti a livelli inferiori al nanosecondo. Inoltre, i collegamenti forniscono un'interfaccia dati bidirezionale per inviare i risultati di lettura dei qubit al PQSC per l'elaborazione centrale, e per inviare segnali di trigger agli strumenti slave per avviare azioni sincronizzate. I collegamenti ZSync aderiscono a un rigoroso comportamento in tempo reale: tutti i trasferimenti di dati sono prevedibili con una precisione pari a un singolo ciclo di clock. Questo permette la realizzazione di procedure di messa a punto rapide, di decodifica delle sindromi d'errore e di routine di correzione degli errori. Il software di controllo LabOne fornisce un'interfaccia di alto livello per tutti gli strumenti del sistema e viene fornito con API per Python, C, MATLAB®, LabVIEW™ e .NET.
- Computazione quantistica
- Simulazione quantistica con atomi neutri intrappolati
- Correzione quantistica degli errori
- Reset attivo dei qubit
FPGA
| Type | Xilinx® UltraScale+™️ XCZU15EG-2I |
| System logic cells | 747k |
| CLB flip-flops | 682k |
| CLB LUTs | 341k |
| DSP slices | 3,528 |
| Block RAM | 26.2 Mb |
| UltraRAM | 31.5 Mb |
CPUs and memory
| Application processor | Quad ARM® Cortex TM-A53 up to 1,333 MHz |
| Real-time processor | Dual ARM® Cortex TM-R5 up to 533 MHz |
| SDRAM | 4 GB DDR4 with ECC |
Clock
| Input frequency | Auto-detect 10 MHz / 100 MHz |
| Input coupling | 50 Ω, SMA connector |
| Output frequency | Switchable 10 MHz / 100 MHz |
| Output amplitude | > 1 Vpp in 50 Ω |
Connectivity and others
| Host connection | LAN / Ethernet, 1 Gbit/s USB 3.0 JTAG over USB 2.0 for Xilinx® ChipScope™️ access |
| Device connection | 18 ZSync ports |
| ZSync communication bandwidth | Down-stream 200 MB/s Up-stream 100 MB/s |
| ZSync communication latency | < 100 ns |
| Trigger | 2 trigger inputs, 2 trigger outputs, 3.3 V TTL on SMA connector |
| Digital I/O | 32 bits, 3.3 V TTL, general purpose |