產品介紹
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讀取功能，最多可讀取高達 64 個超導和自旋量子比特。 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，包含匹配濾波和結果關聯運算，能夠以的信噪比和的延遲實現多量子態鑒別。SHFQA 可以將數據實時傳輸到其他儀器，以實現有效的 qubit 復位或全局糾錯協議。通過作用包括用戶界面，應用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制軟件的 LabOne 軟件組件，SHFQA 可支持規模從幾個至幾百個量子比特的量子計算系統。
SHFQA 量子分析儀的配置
| 積分權重單元數量 (總數 / 每通道數目) | 可讀取 qubit 數量 (總數 / 每通道數目) | 可讀取 qutrit 數量 (總數 / 每通道數目) | 可讀取 ququad 數量 (總數 / 每通道數目) | |
| 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 |
應用領域
量子計算應用
· 頻率復用量子態讀取
· 單發色散量子態讀取
· 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
· 超導量子比特
· 自旋量子比特/超導諧振腔混合型量子比特
· 運用 2 量子態，3 量子態和和 4 量子態的量子比特
其他應用
· 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。使用任意波形發生器進行脈沖整形，即使對于響應速度較慢的設備，也可以地縮短振鈴時間。
通過為每個濾波器設置一個可編程的，4 kSa 長的權重函數，SHFQA 可以使其數字濾波器的階躍響應與待測器件的瞬態響應匹配。與簡單的未加權積分相比，應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 (多達 4 個量子態)，且直接獲得量子態的關聯結果。
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 意味著優化低溫放大器鏈路。使用可自由配置的權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 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目從 8 個擴展到 16 個，即，用戶可以根據特定的系統要求定制儀器。
為了實現高集成度，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前饋到幾個 HDAWG，以實現快速有效的量子比特復位。對于多量子比特系統，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 (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，這對于全局糾錯協議具有至關重要的意義。
無需混頻器校準的頻率上轉換，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時，如果頻率設置點未經優化，即使雜散很小，也可能導致量子態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。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，因此可實現開機即用。SHFQA 的突出特點在于，性能穩定且不需要繁瑣的混頻器校準。這種混頻方案與 1 GHz 的分析帶寬相結合， 顯著提高了設計用于頻率復用量子態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的調試和維護。
量子系統控制軟件
LabOne QCCS 控制軟件是 QCCS 的重要組成部分，它可以將 SHFQA 整合到新的或現有的設備。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 數據服務器提供的強大的數據結構和數據處理功能，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
技術參數
| 信號輸入 | |
| RF 輸入通道數量 | 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 個復數濾波器/讀出通道 2 通道選項： 8 個復數濾波器/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 |
| 多量子態鑒別 | 最多 4 個鑒別器 |
| 數據記錄儀 | 存儲容量：220 個樣本，最多 217 次平均 |
| 信號監視器 | 存儲容量：監視 1 個通道時 218 個復數樣本，監視 2 個通道時 217 個樣本，監視 3 或 4 個通道時 216 個樣本 |
| 信號輸出 | |
| RF 輸出通道數 | 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) |
| 數模轉換 | 14位，6 GSa/s |
| 讀出脈沖發生器 | |
| 任意波形發生器數量 | 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，分支），命令表，高級觸發控制 (交錯讀取功能) |
| 波形存儲器模塊1 | 4 通道配置：每通道總容量 64 kSa，即 16 個單元，每單元 4 kSa 2 通道配置：每通道總容量 32 kSa，即 8 個單元，每單元 4 kSa 2 通道配置 (包含 SHFQA-16W 選件)：每通道總容量 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 | 2 |
| 觸發輸入通道數 | 2 |
| 一般規格 | |
| 讀出通道數 | 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 | 交流電：100 - 240 V，50/60 Hz |
| 連接器 | 前后面板上的 SMA 用于觸發，信號和外部時鐘 32 位 DIO 2 個 ZSync 接口 LAN 或以太網，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。
