QCCS 시스템 제어
취리히인스트루먼트의 QCCS는 모듈식 시스템 제어 접근 방식을 따릅니다. 즉, 셋업 크기와 qubit 기술에 따라 서로 다른 계측기를 단일 시스템으로 결합하고 제어할 수 있습니다. QCCS 내의 구성 요소의 유형 및 개수는, 하나의 소프트웨어 인터페이스를 통해 단일 시스템으로 동기화 및 제어되는 동안, 변화하는 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 이 접근 방식은 설정 복잡성과 제어 노력을 줄여, 사용자가 개별 하드웨어 설정의 구현, 시스템 보정 및 프로그래밍 시간을 줄일 수 있으므로, 양자 컴퓨팅 연구에 집중할 수 있도록 합니다. 이러한 시스템 제어 접근 방식의 또 다른 중요한 이점은 제어 소프트웨어 내에서 작업을 병렬화하고 대기열에 넣어, 사용 중인 양자 디바이스의 가동 시간을 극대화하는 기능입니다.
QCCS를 통해, 가능해집니다.
- 회로 레벨 및 게이트 레벨 소프트웨어 개발 키트(SDK)에서 시작하여, 양자 컴퓨터를 응용 소프트웨어에 도킹하여 원격 컴퓨터, 연구 시설의 로컬 네트워크 및 클라우드에서 사용할 수 있도록 하는 경로를 갖춥니다.
- 오류 수정 프로토콜, 표면 코드 또는 무작위 벤치마킹과 같은 개별 양자 정보 처리 실험에 펄스 수준 및 샘플 수준 액세스를 사용합니다.
두 가지 접근 방식은 모두 LabOne QCCS 소프트웨어 아키텍처에서 지원되며,이를 통해 신속한 불러오기, 빈번한 보정 및 사용자지정이 가능합니다.
전체 양자 스택
퀀텀 스택(stack)은 하드웨어와 소프트웨어를 하나의 모델로 결합합니다. 양자 컴퓨터의 사용자는 이 스택에 대해 서로 다른 진입점을 가집니다. 양자 화학자의 진입 수준은 맨 위에 있을 가능성이 가장 높습니다. 이론 물리학자는 양자 컴파일러와 조립자의 코드에 더 관심을 가질 수 있습니다. 반면에 실험 물리학자는 이러한 알고리즘이 하드웨어에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 결과가 사용자에게 어떻게 처리되는지 알고 싶어할 수 있습니다. 퀀텀 스택 내의 하드웨어 설정, 타이밍 및 데이터의 정보 흐름은 동시성과 병렬성을 보장하고 스택의 각 진입점에서 올바른 정보를 제공하는 이상적인 사용자 환경을 보장하도록 세심하게 구성 및 제어되어야 합니다.
시스템 구조
Quantum Computing Control System (QCCS)은 Zurich Instruments의 소프트웨어와 하드웨어를 하나의 시스템으로 결합하여, 하이레벨 양자 알고리즘을 물리적 시스템의 아날로그 신호와 효율적으로 연결합니다. QCCS는 다음으로 구성됩니다.
- PQSC 프로그래머블 양자 시스템 콘트롤러 는 최대 18 개의 HDAWG를 동기화하고 제어합니다.
- UHFQA 양자 분석기 는 최첨단 필터 기술 덕분에 최대 10 큐 비트를 동시에 판독합니다.
- HDAWG 임의 파형 발생기 는 큐비트 제어에 적합한 컴팩트한 8 채널, 고밀도 AWG입니다.
- SHFQA 양자 분석기 는 최대 64 개의 초전도 큐비트 또는 스핀 큐비트에 대한 완전한 실시간 판독 설정을 제공합니다.
- HDIQ IQ 변조기 는 외부 중간 주파수 소스의 신호를 마이크로파 주파수 범위로 변환합니다.
- LabOne 제어 소프트웨어 는 Python, C, MATLAB® , LabVIEW™ 및 .NET 용 API와 함께 제공됩니다.
소프트웨어 구조
취리히인스트루먼트 QCCS 소프트웨어는 사용자가 기본 추상화 계층 (base abstraction layer)으로 펄스 레벨 액세스와 시스템 전체에 대한 진입점을 제공합니다. 펄스 레벨 추상화(Pulse-level abstraction)를 사용하면 실시간 및 가까운 시간에 파라메트릭 제어, 동적 펄스 업데이트 및 더 높은 수준의 사용자 정의 펄스 라이브러리로 콜백할 수 있습니다. 단일 양자 게이트와 전체 양자 회로는 개별 사용자 정의 펄스와 최적화된 펄스의 조합으로 템플릿으로 표현할 수 있으며, 복수의 양자 정보 처리 실험에 재사용할 수 있습니다.
양자 정보 처리 실험은 QCCS 소프트웨어 인터페이스에서 Python의 DSL (domain specific language) 또는 JSON (language-independent data format)으로 직접 표현할 수 있습니다. QCCS 소프트웨어 인터페이스는 Python과 JSON으로 선언적 형식을 갖추고 있습니다. 이는 취리히 인스트루먼트와 고객 소프트웨어를 명확히 구분하는 데 필수적인 형식이 아닙니다. 따라서 디버깅이 용이해집니다. QCCS 소프트웨어 백엔드는 개별 취리히인스트루먼트 제품 및 타사 장치의 프로그래밍 및 동기화, 실험 실행 및 측정 결과 검색을 담당합니다.
취리히인스트루먼트 양자 컴퓨팅 제어 전자 장치를 통한 게이트 레벨 제어, 빠른 실행 및 캘리브레이션 실험으로의 전환은, Python Jupyter notebooks과 JSON schemata의 다양한 예제를 통해 가능해집니다.
다른 양자 프레임워크와의 인터페이스
다른 양자 프레임워크와의 인터페이스는 양자 컴퓨터의 잠재력을 최대한 실현하는 데 매우 중요합니다. 취리히인스트루먼트는 이러한 연결을 최대한 지원하기 위해 노력하고 있습니다. 취리히인스트루먼트의 QCCS 소프트웨어의 펄스 레벨 인터페이스는 하드웨어 세부 정보를 제한하면서도, 필요한 경우 샘플별 제어를 허용하기 때문에 애플리케이션별 프런트엔드를 구현할 수 있는 완벽한 인터페이스입니다. 광범위한 문서, 코드 설계 및 예제를 통해 사용자는 다른 소프트웨어에 대한 전용 링크를 쉽게 정의할 수 있습니다.
Qiskit, QCoDeS 및 PycQED는 오늘날 사용 가능한 양자 프레임 워크 세트의 증가하는 예입니다. QCCS 소프트웨어 인터페이스를 통해, 사용자는 양자 회로의 코딩, 최적화 및 시각화를 위한 풍부한 도구 세트를 직접 활용할 수 있습니다. 이는 양자 및 고전적 하드웨어에서 워크 플로우를 지원하고 결과, 기기 설정, 환경 매개 변수 및 알고리즘을 데이터베이스에 기록 할 수 있습니다.