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凱澤斯勞滕理工大學(xué)通過全新DDS固件選項(xiàng)加速量子計(jì)算機(jī)開發(fā)進(jìn)程

發(fā)布時(shí)間:2024-06-12 來源:投稿 責(zé)任編輯:admin

Spectrum儀器旗下AWG卡在光鑷陣列中將原子定位為量子位


中國北京,2024年6月12日訊 —— 創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)(QC)的方法有很多,凱澤斯勞滕理工大學(xué)在Rymax One合作中采用的方法就是創(chuàng)建一個(gè)由單個(gè)原子組成的陣列,并將這些原子作為量子位使用。然而,其挑戰(zhàn)在于每個(gè)原子的定位必須十分精準(zhǔn)。因此,凱澤斯勞滕理工大學(xué)使用了激光,并將每個(gè)原子都有效地鎖定在激光束中心,如同光鑷陣列一樣。然而,對每個(gè)激光束的移動進(jìn)行逐點(diǎn)編程需要大量的編程和數(shù)據(jù)。為此,Spectrum儀器推出了全新的直接數(shù)字頻率合成(DDS)固件選項(xiàng),通過幾個(gè)簡單的命令就能控制激光的位置。這些命令定義了開始和終止時(shí)的參數(shù),因此避免了大量耗時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算。


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物理學(xué)博士Jonas Witzenrath在位于德國凱澤斯勞滕理工大學(xué)的量子實(shí)驗(yàn)裝置前


物理學(xué)博士 Jonas Witzenrath 表示:“該產(chǎn)品對推動我們的研究進(jìn)展產(chǎn)生了巨大的影響。全新的DDS選項(xiàng)不僅使我們?nèi)〉昧丝焖俚倪M(jìn)展,還能簡化系統(tǒng)的復(fù)雜性,使我們能夠更加專注于研究。接下來,我們將通過DDS固件的動態(tài)特性對靜態(tài)二維陣列中的原子進(jìn)行重新排序?!贝送?,Jonas 將使用任意波形發(fā)生器(AWG)來生成理想的紫外激光脈沖,以精確控制量子位之間的交互。”


"DDS已經(jīng)成為我們項(xiàng)目中的重要工具。此外,我們還發(fā)現(xiàn)DDS靈活的特性使它還適用于實(shí)驗(yàn)室的其他功能,所以這也節(jié)省了我們購買脈沖激光和調(diào)制生成器等其它設(shè)備的費(fèi)用。為了開發(fā)DDS功能,我們與Spectrum儀器公司展開了密切的合作。目前,我們也正在努力擴(kuò)大DDS功能在實(shí)驗(yàn)室研究中的其他用途,使其發(fā)揮最大潛力?!?/p>


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聲光偏轉(zhuǎn)器(紅色箭頭所示)將一個(gè)激光束分成多個(gè)可控的單束激光,用于捕獲和持有原子


他補(bǔ)充到:“Spectrum旗下的AWG卡模擬性能卓越、內(nèi)存大且傳輸速度非常快,因此成為了量子研究的首選解決方案。傳輸速度對于實(shí)驗(yàn)而言非常重要,因?yàn)樵谟?jì)算重新排列的波形并將其傳輸?shù)娇ㄉ线@段時(shí)間實(shí)驗(yàn)必須暫停。Spectrum儀器的AWG卡憑借卓越的傳輸速度,使其在同類產(chǎn)品中脫穎而出,這也是該產(chǎn)品在AMO/QC社群中被廣泛使用的主要原因。此外,AWG卡的操作速度也尤為重要??焖貯WG存在數(shù)十毫秒的固有延遲或較大的抖動問題,這會導(dǎo)致系統(tǒng)在校正和重新校正時(shí)不準(zhǔn)確或需要更長的處理時(shí)間。DDS固件使Spectrum的AWG能夠在20微秒內(nèi)生成命令,得益于固有的定時(shí),這些命令實(shí)際上是無抖動的?!?/p>


在一個(gè)實(shí)驗(yàn)示例中,Spectrum儀器M4i.6631-x8 AWG卡被用于驅(qū)動一個(gè)聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD)以產(chǎn)生一個(gè)鑷子來捕獲原子。AOD是通過一個(gè)約為82MHz的射頻信號驅(qū)動。在當(dāng)前設(shè)置中,射頻信號每改變1MHz,就會使鑷子沿S形頻率斜坡在100μs內(nèi)移動8μm以最小化加熱效應(yīng)。在此期間,信號的幅度將線性地改變以補(bǔ)償光強(qiáng)度的變化。


DDS固件選項(xiàng)DDS


DDS是通過單個(gè)固定頻率參考時(shí)鐘生成任意周期正弦波的方法。該技術(shù)被廣泛使用于信號生成類應(yīng)用中。用戶能夠通過Spectrum儀器提供的DDS選項(xiàng),定義每張AWG卡上的23個(gè)DDS核心。這些核心隨后會被發(fā)送至硬件輸出通道。用戶可以對每個(gè)DDS核心(正弦波)的頻率、幅度、相位、頻率斜率和幅度斜率進(jìn)行編程。DDS輸出能夠與外部觸發(fā)事件或與分辨率為6.4ns的可編程定時(shí)器同步。


在DDS模式下,AWG可作為多音DDS信號的發(fā)生器。該設(shè)備內(nèi)置4GB內(nèi)存和快速DMA傳輸模式,使DDS命令的傳輸速度高達(dá)每秒1000萬條。這種獨(dú)特的能力讓用戶能夠通過簡單易用的DDS命令靈活地執(zhí)行用戶自定義斜率(例如S形)以及各種調(diào)制類型(例如FM和AM)。


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廣泛應(yīng)用于量子研究:M4i.6631-x8任意波形發(fā)生器,采樣速度為1.25 GS/s,分辨率為16位,雙通道


Rymax One QC 設(shè)計(jì)


采用光學(xué)鑷子將單個(gè)鐿原子懸浮在真空中,使其處于里德伯態(tài)。Rymax合作專注于量子優(yōu)化問題,例如最大獨(dú)立集問題,以及諸如QAOA或量子退火等算法來尋找解決方案。這使他們能夠?yàn)椤澳M”量子計(jì)算創(chuàng)建優(yōu)化的硬件。該設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是動態(tài)控制紫外激光的光,這需要對不同的射頻信號進(jìn)行完全控制。在此領(lǐng)域,Spectrum儀器公司多年的經(jīng)驗(yàn)與積累使其獲得了豐厚的回報(bào)。


關(guān)于Spectrum儀器


Spectrum儀器公司成立于1989年,采用獨(dú)特的模塊化理念設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了200多種數(shù)字化儀和發(fā)生器產(chǎn)品,其中包括PC卡(PCIe和PXIe)以及獨(dú)立的以太網(wǎng)設(shè)備(LXI)。三十多年來,Spectrum儀器的客戶遍布全球,產(chǎn)品也被眾多行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)和知名大學(xué)使用。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近,旗下產(chǎn)品均享受5年質(zhì)保以及來自工程師團(tuán)隊(duì)的卓越服務(wù)。更多詳情,請?jiān)L問公司官網(wǎng)www.spectrum-instrumentation.com

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