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Sistema di controllo per la computazione quantistica

Nel 2018, Zurich Instruments ha introdotto il primo sistema commerciale di controllo per la computazione quantistica (in inglese, quantum computing control system – QCCS), progettato per controllare più di 100 qubit superconduttori e di spin. Ogni componente del QCCS è concepito per svolgere un ruolo specifico nelle operazioni di controllo, lettura e feedback, e per funzionare in maniera completamente sincronizzata con le altre parti del sistema. LabOne®, l'interfaccia software di Zurich Instruments, consente un rapido accesso ai dati dei qubit e facilita l'integrazione in software framework di livello superiore.

Il QCCS supporta i ricercatori e gli ingegneri permettendo loro di concentrarsi sullo sviluppo dei processori quantistici e di altri elementi dello stack quantistico grazie a un'elettronica di controllo classica e un software altamente avanzati.

Flussi di lavoro efficienti, specifiche e funzionalità su misura, e un alto grado di affidabilità sono le caratteristiche più apprezzate dai nostri clienti.

I risultati scientifici già raggiunti con il QCCS (cfr. l'elenco di pubblicazioni in calce) sono una testimonianza del nostro stretto impegno con alcuni dei gruppi di ricerca più ambiziosi nel settore. Il recente lancio dell'analizzatore quantistico SHFQA introduce la seconda generazione di prodotti QCCS, ossia strumenti che operano direttamente alle frequenze dei qubit, offrono una maggiore densità e un costo inferiore per qubit, e forniscono nuove caratteristiche che tengono conto dei più recenti sviluppi in questo campo.

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Logo

 

Caratteristiche principali

  • Progettazione scalabile: nuovi ingressi e uscite possono essere aggiunti in qualsiasi momento, e un'alta densità di canali e prestazioni consistenti sono garantiti qualunque sia la dimensione dell'apparato sperimentale.
  • Software per una crescente produttività: LabOne collega in modo efficiente gli algoritmi quantistici di alto livello con i segnali analogici del dispositivo quantistico.
  • Specifiche hardware corrispondenti all'applicazione: basso rumore, risoluzione elevata e ampia larghezza di banda.
  • Approccio pensato e verificato: sincronizzazione precisa e funzionamento affidabile.
  • Funzioni di feedback: propagazione veloce dei dati attraverso il sistema e potente capacità di decodifica.

Controllo del sistema

Controllo del sistema

  • Funzionamento come un singolo strumento
  • Sincronizzazione e funzionamento in tempo reale su tutto il sistema
  • Parallelizzazione e accodamento dei compiti per tempi minimi di inattività sul dispositivo quantistico
  • Interfacce con altri framework quantistici

Controllo dei qubit

Controllo dei qubit

  • Accesso alla massima gate fidelity: basso rumore, ampia larghezza di banda, alta stabilità
  • Soluzioni per tutti i segnali di controllo tipici a uno e due qubit
  • Utilizzo del sistema basato su un sequenziamento efficiente della memoria

Lettura dei qubit

Lettura dei qubit

  • Fino a 64 qubit per strumento
  • Massima fidelity di lettura
  • Bassa latenza, funzionamento in tempo reale
  • Analisi di qutrit e ququad con discriminazione multi-stato

Feedback quantistico

Feedback quantistico

  • Diverse configurazioni supportate: dal singolo qubit alla computazione quantistica su larga scala
  • Latenza ultra-bassa fino a 50 ns
  • Potente decodificatore di stati multi-qubit

Video di presentazione del QCCS

Zurich Instruments - Qubit control for 100 qubits and more

Esempio di collaborazione

Quantum Inspire è entrato in funzione ad aprile 2020. Come primo computer quantistico europeo nel cloud, fornisce l'accesso a 2 backend di cui uno usa transmon qubit superconduttori e l'altro usa qubit di spin. Entrambe le configurazioni sono supportate dal QCCS di Zurich Instruments.

Guarda il video 'Making of'

  • Funzionamento affidabile e stabile 24/7
  • Caratteristiche critiche per le prestazioni: lettura 'multiplexed', precompensazione e interfacciamento
  • Set completo di funzioni: 'bring-up', calibrazione e caratterizzazione, nessun cablaggio manuale
  • Percorso di aggiornamento per 100 qubit e oltre

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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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