凱澤斯勞滕理工大學(xué)通過全新DDS固件選項加速量子計算機開發(fā)進程

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)建量子計算機（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)建一個由單個原子組成的陣列，并將這些原子作為量子位使用。然而，其挑戰(zhàn)在于每個原子的定位必須十分精準。因此，凱澤斯勞滕理工大學(xué)使用了激光，并將每個原子都有效地鎖定在激光束中心，如同光鑷陣列一樣。然而，對每個激光束的移動進行逐點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，通過幾個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的參數(shù)，因此避免了大量耗時的數(shù)據(jù)計算。

物理學(xué)博士 Jonas Witzenrath 表示：“該產(chǎn)品對推動我們的研究進展產(chǎn)生了巨大的影響。全新的DDS選項不僅使我們?nèi)〉昧丝焖俚倪M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行重新排序?！贝送猓琂onas 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?！?/p>

"DDS已經(jīng)成為我們項目中的重要工具。此外，我們還發(fā)現(xiàn)DDS靈活的特性使它還適用于實驗室的其他功能，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，我們也正在努力擴大DDS功能在實驗室研究中的其他用途，使其發(fā)揮最大潛力。”

他補充到：“Spectrum旗下的AWG卡模擬性能卓越、內(nèi)存大且傳輸速度非?？?，因此成為了量子研究的首選解決方案。傳輸速度對于實驗而言非常重要，因為在計算重新排列的波形并將其傳輸?shù)娇ㄉ线@段時間實驗必須暫停。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。快速AWG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不準確或需要更長的處理時間。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，這些命令實際上是無抖動的?！?/p>

在一個實驗示例中，Spectrum儀器M4i.6631-x8 AWG卡被用于驅(qū)動一個聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）以產(chǎn)生一個鑷子來捕獲原子。AOD是通過一個約為82MHz的射頻信號驅(qū)動。在當前設(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償光強度的變化。

DDS固件選項DDS

DDS是通過單個固定頻率參考時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，定義每張AWG卡上的23個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DDS核心（正弦波）的頻率、幅度、相位、頻率斜率和幅度斜率進行編程。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每秒1000萬條。這種獨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）。

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

采用光學(xué)鑷子將單個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。這使他們能夠為“模擬”量子計算創(chuàng)建優(yōu)化的硬件。該設(shè)計的一個關(guān)鍵點是動態(tài)控制紫外激光的光，這需要對不同的射頻信號進行完全控制。在此領(lǐng)域，Spectrum儀器公司多年的經(jīng)驗與積累使其獲得了豐厚的回報。

關(guān)于Spectrum儀器

Spectrum儀器公司成立于1989年，采用獨特的模塊化理念設(shè)計和生產(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隊的卓越服務(wù)。

審核編輯 黃宇