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양자 피드백 측정

관련 제품 : HDAWG , UHFQA , PQSC

응용기술 설명

양자 피드백 측정에서, 싱글-샷 (single-shot) 큐비트 측정의 결과는 일관성 시간 (coherence time) 내에 큐비트에 대한 즉각적인 피드백 동작을 위한 결정 입력으로 사용됩니다. 일관성 시간은 대체로 짧기 때문에, 전체 오퍼레이션의 충실도를 가능한한 높게 유지하려면, 지연 시간(latency)을 최소화하는 것이 중요합니다. 반복성을 보장하려면, 여러 기기를 통과하는 경우에도 전체 피드백 루프는 특정 시간안에 완료되어야 합니다.

양자 피드백은 빠른 큐비트 초기화(initialization), 양자 상태 안정화(stabilization), 그리고 양자 오류 수정(error correction)과 같은 애플리케이션에 사용됩니다. 사용 사례는 측정과 피드백 사이에 필요한 신호 처리의 복잡성이 다릅니다 ; 신호 처리 단계는 디지털 정보 비트의 간단한 전달에서 까다로운 오류 신드롬 디코딩에 이르기까지 다양합니다. 취리히인스트루먼트의 제품은 초전도 및 스핀 큐비트 실험에 필요한 모든 구성을 포괄하여, 피드백 속도와 복잡성 처리 간의 최상의 절충안을 달성합니다.

측정 전략

Quantum feedback measurements with the Zurich Instruments HDAWG, UHFQA and PQSC

이벤트 기반 : 50ns 지연

가능한 가장 빠른 구성, TTL 상승 에지 신호는 HDAWG 의 트리거 입력 중 하나로 전송되어, 50ns 후에 출력쌍에서 아날로그 신호 (첫 샘플 출력)를 생성합니다 (그림의 패널 a 참조). 이 구성은 활성 큐비트 재설정 (active qubit reset)의 경우와 같이, 1 큐비트의 판독 신호를 1 개의 특정 큐비트로 의도적으로 다시 피드백 될 때 적합합니다. TTL 신호는 큐비트 판독기능의 타사 장비에서 제공될 수 있습니다.

지점 간 : 380ns 지연

이 구성에서, UHFQA 는 VHDCI 케이블 (DIO 링크)을 통해 HDAWG 에 연결됩니다 (그림의 패널 b 참조). DIO 링크는 최대 10개의 큐비트 판독 신호를 디지털 비트로 전송합니다 ; 이 10 비트 정보는 8개의 HDAWG 출력 신호를 제어하는 데 사용할 수 있습니다. 380ns의 지연 시간은 판독 펄스의 마지막 샘플이 UHFQA의 신호 입력에 들어간 시간부터 제어 펄스의 첫 번째 샘플이 HDAWG의 파형 출력에서 생성되는 시간까지 측정됩니다. DIO 링크가 지점 간 연결이라는 점을 고려할 때, 이 구성은 가능한 모든 피드백 옵션의 하위 집합에 적용됩니다.

PQSC 지원 : 700ns 지연

그림 (패널 c)과 같이, 여러 HDAWG가 ZSync에 케이블을 통해 PQSC 에 연결되고 여러 UHFQA가 VHDCI 케이블(DIO 링크)을 통해 HDAWG에 연결됩니다.각 DIO 링크 / ZSync 연결은 UHFQA에서 PQSC로 최대 10 큐비트 판독 신호를 전송합니다. ZSync 연결은 또한 PQSC에서 HDAWG로 비트 워드를 전송하며, 이는 파형 선택을 위한 결정 입력으로 사용될 수 있습니다. PQSC는 피드백 기능으로,  조회표(look-up table)를 사용하여 Qubit 판독 데이터를 처리할 수 있습니다. 가능한 가장 빠른 경로에서 UHFQA의 마지막 샘플과 HDAWG의 첫 샘플 사이의 지연 시간은 700ns 미만입니다. 이 구성은 두 가지 방법으로 큰 큐비트 수로 확장 가능합니다 ; 첫째, 스타 토폴로지(star topology)는 최대 18개의 ZSync 연결을 지원합니다. 둘째, PQSC의 중앙 데이터 처리 리소스를 통해 양자 오류 수정을 위한 신드롬 디코딩을 구현할 수 있습니다.

취리히인스트루먼트 선택의 이점

  • 짧은 대기 시간(low latency), 확장성(scalability), 강력한 실시간 데이터 처리 : 양자 피드백 측정에 대한 모든 중요한 요구 사항이 동시에 충족됩니다.
  • 위에서 설명한 시나리오 중에서 실험에 가장 적합한 구성을 선택할 수있는 유연성을 활용하십시오.
  • FPGA 프로그래밍에 대한 광범위한 지식 없이도 최첨단 실험 방법을 사용할 수 있습니다.

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Publications

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)

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