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스핀 기반 양자 컴퓨팅

관련 제품 : HDAWG , UHF + AWG , MFLI + MD + DIG

응용기술 설명

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

스핀 기반 양자 컴퓨팅은 확장 가능한 양자 컴퓨터의 실현을 위한 선도적인 기술입니다. 반도체 양자점 (QD)은 개별 전하와 관련 스핀을 포획하는데 사용되며, 이는 큐비트로 사용됩니다. 취리히인스트루먼트의 QCCS (Quantum Computing Control System) 는 스핀 큐비트 특성화, 제어, 그리고 판독을 위한 모든 핵심 도구를 제공하며, 저잡음과 확장가능한 솔루션을 제공합니다. 이는 설정 신뢰성을 향상시키고 설정 제어를 단순화합니다.

단일 스핀은 반도체 양자점 안에 갇혀 있습니다. 금속 게이트는 이들을 정의하고 상대 커플링을 제어합니다. 큰 양자점은 큐비트 역할을 하는 작은 양자점을 위한 전하 센서로 사용됩니다. 단일 큐비트 연산은 마이크로파 스트립 라인을 통해 큐비트에 결합된 진동 자기장을 통해 유도됩니다.  두 개의 큐비트 게이트는 두 개의 양자점에 가까운 금속 게이트에서 빠른 펄스로 실현될 수 있습니다.

측정 전략

양자점 특성화

MFLI 락인앰프는 양자점 특성화에 사용됩니다. 통합된 저잡음 전류 증폭기는 일반적인 QD를 통해 흐르는 작은 전류를 증폭할 수 있으며, 다중 발진기는 서로 다른 주파수로 설정되어, DC 컨덕턴스, 저주파 컨덕턴스 및 게이트 트랜스 임피던스를 동시에 획득할 수 있게 합니다. 디지타이저 기능을 사용하여 빠른 전류 트레이스를 수집하여 단일 스핀 판독을 수행할 수 있습니다.

빠른 다중 큐비트 제어

HDAWG 다채널 임의 파형 발생기는, QD 에너지 레벨 및 커플링을 제어하고 2-큐비트 게이트를 구동하는데 사용되는 금속 게이트를 위한, 빠른 펄스를 생성합니다. 크로스 커플링의 효과에 대응하기 위해 추가 펄스가 여러 게이트에 적용됩니다. HDAWG는 단일 큐비트 게이트를 생성하기 위해 마이크로파 소스를 변조 할 수 있습니다. 주파수 멀티플렉싱을 통해 다른 큐비트를 처리 할 수 있습니다.

단일 측파대 변조 방식은, 내부 오실레이터와 함께 원치 않는 이미지성분을 제거하고 깨끗한 스펙트럼을 용이하게 합니다.

고-충실도 판독

RF 반사 측정 기능을 사용하여 고주파에서 수행할 경우 스핀 판독 속도가 크게 향상됩니다. UHFLI 락인앰플리파이어는 프로브 RF 판독 톤을 생성하고, 감지 QD의 반사된 응답을 수집하여, 빠르고 충실도가 높은 싱글샷 스핀 판독을 수행합니다. 최대 8 개의 감지 양자점을 멀티플렉싱하고 동시에 읽을 수 있습니다. 복조된 신호들의 크기 또는 위상은 전하 센서의 복소 임피던스 측정이며, 이 값에서 큐비트 상태를 측정할 수 있습니다.

취리히인스트루먼트 선택의 이점

QCCS는 복잡한 스핀 큐비트 시스템을 특성화하고 제어하는 모든 중요 구성 요소를 제공합니다.

  • 높은 수준의 통합은 낮은 설정 복잡성과 유지 관리 노력을 보장합니다.
    • 전류 증폭기, 멀티 미터, 락인앰플리파이어 및 디지타이저는 하나의 장비에 통합되어 있습니다.
    • 외부 아날로그 업/다운 변환 없이 통합 신호 생성 및 탐지를 통한 반사 측정 판독(reflectometry readout)이 수행됩니다.
  • 아이솔레이션 및 필터링 필요성이 감소하면 입력 커넥터에서 전력 손실이 낮아집니다.
  • Labber 및 QCoDeS 용 드라이버가 포함 된 LabOne® API를 사용하면, 사용자 제어 환경 및 기존 설정에 빠르게 통합할 수 있습니다.
  • 빠르고 노이즈가 적은 HDAWG 출력 덕분에 빠른 큐비트에서도 정확한 스핀 제어와 향상된 충실도를 경험할 수 있습니다.
  • 실시간 시퀀서를 사용하여 고급 및 복잡한 실험을 실행할 수 있습니다.
  • 더 많은 수의 큐비트에 대한 명확한 경로에 액세스 할 수 있습니다: 내부 발진기와 넓은 출력 대역폭을 사용하여 많은 다중 큐 비트를 제어합니다.

QCCS는 작업절차 및 설정 성능을 최적화하는 검증된 솔루션입니다.

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동영상

100 큐비트 이상을 위한 큐비트 제어

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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