Введение
Квантовая обратная связь предполагает использование результатов однократных измерений одних кубитов в качестве входных данных для немедленных действий на других кубитах. Уменьшение задержки обратной связи приводит к уменьшению частоты ошибок операций и увеличению точности обработки квантовой информации. Кроме того, для воспроизводимости результата цикл обратной связи должен завершаться в течение детерминированного промежутка времени даже при прохождении нескольких инструментов. Квантовая обратная связь используется, например, при инициализации кубитов, при стабилизации квантовых состояний и при квантовой коррекции ошибок. Варианты использования различаются по сложности требуемой обработки сигналов: обработка варьируется от пересылки цифровых битов информации до синдромного декодирования.
Продукты Zurich Instruments покрывают весь спектр конфигураций установок, необходимых для экспериментов со сверхпроводящими и спиновыми кубитами, чтобы достичь компромисс между скоростью обратной связи и сложностью обработки. Среди преимуществ выбора продукции Zurich Instruments: низкая задержка, масштабируемость, обработка данных в реальном времени, гибкость и удобство применения.
Система управления квантовыми вычислениями (Quantum Computing Control System, QCCS) Zurich Instruments представлена двумя поколениями: первое поколение опирается на сигналы управления и считывания кубитов в основной полосе частот, второе же работает непосредственно на микроволновых частотах до 8,5 ГГц. Оба поколения поддерживают одни и те же методы обратной связи, однако различаются в технической реализации.
Рисунок 1. Схемы конфигураций обратной связи на основе событий (а), point-to-point (б) и с использованием PQSC на QCCS первого поколения (в).
Рисунок 2. Схемы конфигураций обратной связи на основе событий (а), point-to-point (б) и с использованием PQSC на QCCS второго поколения (в).
В данной конфигурации, приведённой на рисунках 1а и 2а, передний фронт TTL-импульса направляется на триггерный вход генератора сигналов произвольной формы HDAWG. Через 50 нс после прихода фронта запускается генерация аналогового сигнала на выходе. Конфигурация на основе событий полезна, если сигнал считывания кубита намеренно возвращается на конкретный кубит, как при активном сбросе. TTL-сигнал может исходить от стороннего оборудования для считывания кубита. Генератор сигналов SHFSG также поддерживает данную функциональность, однако с повышенной задержкой до 200 нс.
В конфигурации point-to-point, показанной на рисунках 1б и 2б, результат считывания одного кубита возвращается на линию управления того же кубита через фиксированное соединение, что соответствует активному сбросу. В первом поколении QCCS это реализуется подключением квантового анализатора UHFQA кабелем VHDCI (канал DIO) к генератору HDAWG. Канал DIO передает до 10 сигналов считывания в виде цифровых битов, которые используются для управления генератором HDAWG. Задержка в 380 нс измеряется с момента прихода последнего импульса считывания на вход UHFQA до момента генерации первого управляющего импульса на выходе генератора сигналов.
В QCCS второго поколения петля обратной связи point-to-point реализуется непосредственно внутри устройства: контроллер SHFQC обладает функциями управления и считывания, что сокращает задержку до 350 нс.
Подключение программируемого контроллера централизованного управления PQSC в соответствии со схемами, приведёнными на рисунках 1в и 2в, обеспечивает обратную связь между любыми двумя кубитами системы. Вследствие этого, многокубитные операции обрабатываются в реальном времени и с малой задержкой. Данный метод производительнее, чем обратная связь point-to-point, и хорошо подходит для масштабируемых квантовых вычислений и квантовой коррекции ошибок. Для этого в QCCS первого поколения генераторы HDAWG подключаются кабелями ZSync к PQSC, а анализаторы UHFQA — к генераторам сигналов кабелями VHDCI (каналы DIO). Каждый канал DIO/ZSync передаёт до 10 сигналов считывания кубитов от UHFQA к PQSC. По каналам ZSync также передаются битовые слова от PQSC к генератору HDAWG для выбора формы сигнала. Таким образом, задержка между последним входящим сигналом на любом UHFQA и первым исходящим сигналом любого генератора HDAWG составляет менее 700 нс. В QCCS второго поколения компоненты напрямую подключаются кабелем ZSync к PQSC, а задержка не превышает 550 нс.
В крупных системах важно объединять функциональность point-to-point связи с преимуществами использования PQSC. За счёт этого достигается уменьшение задержки обратной связи как локального, так и глобального уровней. На рисунке 3 показана схема реализации такой конфигурации на втором поколении QCCS. Каждый контроллер SHFQC используется для управления подгруппой вспомогательных кубитов, подключенных к одной линии считывания. Дополнительные генераторы SHFSG управляют кубитами, не требующими операций сброса во время обработки квантовой схемы, а генераторы сигналов произвольной формы HDAWG позволяют настраивать частоты кубитов и соединителей.
Рисунок 3. Схема конфигурации для реализации одновременных локальных и глобальных операций обратной связи с помощью QCCS.
Компания INSCIENCE является поставщиком продукции Zurich Instruments для квантовых вычислений и квантовой обратной связи.
В обзоре сравниваются наиболее востребованные модели наносекундных лазеров производства Litron Lasers и СОЛАР ЛС, в том числе лазеры с модуляцией добротности с высокой и сверхвысокой энергией импульса, высокой частотой повторения импульсов, компактные лазеры и лазеры с диодной накачкой.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
