產(chǎn)品介紹
Zurich Instruments 的 SHFQA 量子分析儀，作為獨立單體儀器，具備完整的實時量子態(tài)讀取功能，最多可讀取高達 64 個超導(dǎo)和自旋量子比特。 SHFQA的頻率范圍為 0.5 - 8.5 GHz，分析帶寬為 1 GHz，且無需混頻器校準。SHFQA 具有 2 個或 4 個讀取通道，每個通道均可以分析多達 16 個量子比特，8 個 qutrit 或 5 個 quaquad。對于 2 通道 SHFQA，此功能需要配備 SHFQA-16W 選件。
SHFQA 憑借其*的定序器和低延遲信號處理鏈，包含匹配濾波和結(jié)果關(guān)聯(lián)運算，能夠以的信噪比和的延遲實現(xiàn)多量子態(tài)鑒別。SHFQA 可以將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)狡渌麅x器，以實現(xiàn)有效的 qubit 復(fù)位或全局糾錯協(xié)議。通過作用包括用戶界面，應(yīng)用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制軟件的 LabOne 軟件組件，SHFQA 可支持規(guī)模從幾個至幾百個量子比特的量子計算系統(tǒng)。
SHFQA 量子分析儀的配置
| 積分權(quán)重單元數(shù)量 (總數(shù) / 每通道數(shù)目) | 可讀取 qubit 數(shù)量 (總數(shù) / 每通道數(shù)目) | 可讀取 qutrit 數(shù)量 (總數(shù) / 每通道數(shù)目) | 可讀取 ququad 數(shù)量 (總數(shù) / 每通道數(shù)目) | |
| SHFQA, 2 通道 | 16 / 8 | 16 / 8 | 8 / 4 | 4 / 2 |
| SHFQA, 2 通道 + SHFQA-16W 選件 | 32 / 16 | 32 / 16 | 16 / 8 | 10 / 5 |
| SHFQA, 4 通道 | 64/ 16 | 64 / 16 | 32 / 8 | 20 / 5 |
應(yīng)用領(lǐng)域
量子計算應(yīng)用
· 頻率復(fù)用量子態(tài)讀取
· 單發(fā)色散量子態(tài)讀取
· 共振光譜和表征
· 實時，低延遲和全局反饋式量子糾錯
支持的量子比特類型
· 超導(dǎo)量子比特
· 自旋量子比特/超導(dǎo)諧振腔混合型量子比特
· 運用 2 量子態(tài)，3 量子態(tài)和和 4 量子態(tài)的量子比特
其他應(yīng)用
· 放大器噪聲表征
· 第三方 IQ 混頻器校準
亮點
高保真度快速讀取
SHFQA 通過脈沖測量方式來確定被測設(shè)備的傳輸幅度和相位。SHFQA 通過兩種方法信噪比 (SNR)：脈沖整形和匹配濾波。使用任意波形發(fā)生器進行脈沖整形，即使對于響應(yīng)速度較慢的設(shè)備，也可以地縮短振鈴時間。
通過為每個濾波器設(shè)置一個可編程的，4 kSa 長的權(quán)重函數(shù)，SHFQA 可以使其數(shù)字濾波器的階躍響應(yīng)與待測器件的瞬態(tài)響應(yīng)匹配。與簡單的未加權(quán)積分相比，應(yīng)用合適匹配濾波器可顯著提高 SNR。此外，實時信號分析鏈還可以鑒別單個量子比特的多量子態(tài) (多達 4 個量子態(tài))，且直接獲得量子態(tài)的關(guān)聯(lián)結(jié)果。
可擴展的量子比特讀取儀器
在一條微波線上測量 16 個 qubit 或 8 個 qutrits 意味著優(yōu)化低溫放大器鏈路。使用可自由配置的權(quán)重積分大大降低了量子比特間的串擾，因此降低了對了器件制造容差的要求。任意波形發(fā)生器中的存儲模塊 (最多 16 個) 可以按時間交錯方式讀取和觸發(fā) qubit，qutrit 或 quaquad 的讀取。用戶可以選擇 2 或 4 個讀出通道，并將 2 通道版本的積分器的數(shù)目從 8 個擴展到 16 個，即，用戶可以根據(jù)特定的系統(tǒng)要求定制儀器。
為了實現(xiàn)高集成度，SHFQA 可以與其他儀器共用操作界面，例如，低延遲 32 位 DIO VHDCI 接口可將多量子比特的量子態(tài)前饋到幾個 HDAWG，以實現(xiàn)快速有效的量子比特復(fù)位。對于多量子比特系統(tǒng)，可以通過將多個SHFQA，SHFSG，HDAWG，HDIQ 和 PQSC 組合在一起，以形成可擴展的量子計算控制系統(tǒng) (QCCS)。Zurich Instruments 的 ZSync 接口可通過 PQSC 將SHFQA 連接到 QCCS 中的所有其他儀器，這對于全局糾錯協(xié)議具有至關(guān)重要的意義。
無需混頻器校準的頻率上轉(zhuǎn)換，高達 8.5 GHz
當讀取耦合至相同諧振腔的多個量子比特的量子態(tài)時，如果頻率設(shè)置點未經(jīng)優(yōu)化，即使雜散很小，也可能導(dǎo)致量子態(tài)讀取的串擾或讀出信號過小。由于 SHFQA 的雙超外差上變頻方案采用的是濾波而不是干涉的方法，因此頻帶更寬，相對于標準的 IQ 混頻方案其線性度更優(yōu)。SHFQA 即使只用于輸出單一頻率，其雜散也低于使用標準的 IQ 混頻方案，因此可實現(xiàn)開機即用。SHFQA 的突出特點在于，性能穩(wěn)定且不需要繁瑣的混頻器校準。這種混頻方案與 1 GHz 的分析帶寬相結(jié)合， 顯著提高了設(shè)計用于頻率復(fù)用量子態(tài)讀取的諧振腔共振頻率的靈活性；這一方案極大簡化了系統(tǒng)的調(diào)試和維護。
量子系統(tǒng)控制軟件
LabOne QCCS 控制軟件是 QCCS 的重要組成部分，它可以將 SHFQA 整合到新的或現(xiàn)有的設(shè)備。SHFQA 作為獨立的儀器，可以通過 LabOne 和 API (Python，C，MATLAB®，LabVIEW™ 和 .NET 進行操控。擴展的示例庫將使用戶更輕松地將 SHFQA 整合到已有的測量框架。LabOne 數(shù)據(jù)服務(wù)器提供的強大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理功能，使軟件堆棧中與用戶交互的部分既簡單直觀，又易維護。
功能圖解
技術(shù)參數(shù)
| 信號輸入 | |
| RF 輸入通道數(shù)量 | 2 或 4 |
| 頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
| 信號帶寬 | 1 GHz |
| 輸入阻抗 | 50 歐姆 |
| 輸入電壓噪聲 | 4 nV /√Hz（@ 3 GHz） |
| 輸入范圍（dBm） | -50 至10 dBm（校準） |
| A/D 轉(zhuǎn)換 | 14位，4 GSa/s |
| 量子比特測量單元 | |
| 匹配濾波器 | 4 通道選項：16 個復(fù)數(shù)濾波器/讀出通道 2 通道選項： 8 個復(fù)數(shù)濾波器/讀出通道（通過 SHFQA-16W 選件可擴展到 16 個） 每個濾波器的每個正交量可包含 4096 個存儲樣本 |
| 多量子態(tài)鑒別 | 最多 4 個鑒別器 |
| 數(shù)據(jù)記錄儀 | 存儲容量：220 個樣本，最多 217 次平均 |
| 信號監(jiān)視器 | 存儲容量：監(jiān)視 1 個通道時 218 個復(fù)數(shù)樣本，監(jiān)視 2 個通道時 217 個樣本，監(jiān)視 3 或 4 個通道時 216 個樣本 |
| 信號輸出 | |
| RF 輸出通道數(shù) | 2 或 4 |
| 頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
| 信號帶寬 | 1.0 GHz |
| 輸出阻抗 | 50 歐姆 |
| 輸出電壓噪聲 | 14.1 nV /√Hz (@ 6 GHz) |
| 輸出范圍 (dBm) | -30 dBm 至 +10 dBm (校準) |
| 數(shù)模轉(zhuǎn)換 | 14位，6 GSa/s |
| 讀出脈沖發(fā)生器 | |
| 任意波形發(fā)生器數(shù)量 | 每個讀出通道 1 個（總共 2 個或 4 個） |
| 時序功能 | 高級時序（循環(huán)，分支），命令表，高級觸發(fā)控制 (交錯讀取功能) |
| 波形存儲器模塊1 | 4 通道配置：每通道總?cè)萘?64 kSa，即 16 個單元，每單元 4 kSa 2 通道配置：每通道總?cè)萘?32 kSa，即 8 個單元，每單元 4 kSa 2 通道配置 (包含 SHFQA-16W 選件)：每通道總?cè)萘?64 kSa，即 16 個單元，每單元 4 kSa |
| 振蕩器 | 所有讀出通道共享 1 個振蕩器，振蕩器的頻率和相位實時可控。僅用于頻譜 (Spectroscopy) 模式。 |
| 標記輸出通道數(shù) | 2 |
| 觸發(fā)輸入通道數(shù) | 2 |
| 一般規(guī)格 | |
| 讀出通道數(shù) | 2 或 4 |
| 外型尺寸 | 449 x 460 x 145 毫米（19 英寸機架） 17.6 x 18.1 x 5.7 英寸 |
| 重量 | 15公斤（33 磅） |
| 電源供應(yīng) | 交流電：100 - 240 V，50/60 Hz |
| 連接器 | 前后面板上的 SMA 用于觸發(fā)，信號和外部時鐘 32 位 DIO 2 個 ZSync 接口 LAN 或以太網(wǎng)，1 Gbit/s USB 3.0 維護 USB |
所有波形存儲模塊均可自由配置和觸發(fā)。
