凱澤斯勞滕理工大學(xué)通過(guò)全新DDS固件選項(xiàng)加速量子計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)進(jìn)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(guó)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(duì)每個(gè)激光束的移動(dòng)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(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的命令就能控制激光的位置。這些命令定義了開(kāi)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。

物理學(xué)博士Jonas Witzenrath在位于德國(guó)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(duì)推動(dòng)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(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，使我們能夠更加專(zhuān)注于研究。接下來(lái)，我們將通過(guò)DDS固件的動(dòng)態(tài)特性對(duì)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(lái)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(gòu)買(mǎi)脈沖激光和調(diào)制生成器等其它設(shè)備的費(fèi)用。為了開(kāi)發(fā)DDS功能，我們與Spectrum儀器公司展開(kāi)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。”

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?？欤虼顺蔀榱肆孔友芯康氖走x解決方案。傳輸速度對(duì)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(lèi)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(dòng)問(wèn)題，這會(huì)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(zhǎng)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(wú)抖動(dòng)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(dòng)一個(gè)聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）以產(chǎn)生一個(gè)鑷子來(lái)捕獲原子。AOD是通過(guò)一個(gè)約為82MHz的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在當(dāng)前設(shè)置中，射頻信號(hào)每改變1MHz，就會(huì)使鑷子沿S形頻率斜坡在100μs內(nèi)移動(dòng)8μm以最小化加熱效應(yīng)。在此期間，信號(hào)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(guò)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(hào)生成類(lèi)應(yīng)用中。用戶(hù)能夠通過(guò)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(huì)被發(fā)送至硬件輸出通道。用戶(hù)可以對(duì)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(hào)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(wàn)條。這種獨(dú)特的能力讓用戶(hù)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單易用的DDS命令靈活地執(zhí)行用戶(hù)自定義斜率（例如S形）以及各種調(diào)制類(lèi)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(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(zhuān)注于量子優(yōu)化問(wèn)題，例如最大獨(dú)立集問(wèn)題，以及諸如QAOA或量子退火等算法來(lái)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(dòng)態(tài)控制紫外激光的光，這需要對(duì)不同的射頻信號(hào)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(lái)，Spectrum儀器的客戶(hù)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(guó)漢堡附近，旗下產(chǎn)品均享受5年質(zhì)保以及來(lái)自工程師團(tuán)隊(duì)的卓越服務(wù)。更多詳情，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)公司官網(wǎng)www.spectrum-instrumentation.com