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SHFQA 8.5 GHz 量子分析仪
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详细信息
产品介绍
Zurich Instruments 的 SHFQA 量子分析仪，作为独立单体仪器，具备完整的实时量子态读取功能，最多可读取高达 64 个超导和自旋量子比特。 SHFQA的频率范围为 0.5 - 8.5 GHz，分析带宽为 1 GHz，且无需混频器校准。SHFQA 具有 2 个或 4 个读取通道，每个通道均可以分析多达 16 个量子比特，8 个 qutrit 或 5 个 quaquad。对于 2 通道 SHFQA，此功能需要配备 SHFQA-16W 选件。
SHFQA 凭借其*的定序器和低延迟信号处理链，包含匹配滤波和结果关联运算，能够以的信噪比和的延迟实现多量子态鉴别。SHFQA 可以将数据实时传输到其他仪器，以实现有效的 qubit 复位或全局纠错协议。通过作用包括用户界面，应用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制软件的 LabOne 软件组件，SHFQA 可支持规模从几个至几百个量子比特的量子计算系统。
SHFQA 量子分析仪的配置
| 积分权重单元数量 (总数 / 每通道数目) | 可读取 qubit 数量 (总数 / 每通道数目) | 可读取 qutrit 数量 (总数 / 每通道数目) | 可读取 ququad 数量 (总数 / 每通道数目) | |
| SHFQA, 2 通道 | 16 / 8 | 16 / 8 | 8 / 4 | 4 / 2 |
| SHFQA, 2 通道 + SHFQA-16W 选件 | 32 / 16 | 32 / 16 | 16 / 8 | 10 / 5 |
| SHFQA, 4 通道 | 64/ 16 | 64 / 16 | 32 / 8 | 20 / 5 |
应用领域
量子计算应用
· 频率复用量子态读取
· 单发色散量子态读取
· 共振光谱和表征
· 实时，低延迟和全局反馈式量子纠错
支持的量子比特类型
· 超导量子比特
· 自旋量子比特/超导谐振腔混合型量子比特
· 运用 2 量子态，3 量子态和和 4 量子态的量子比特
其他应用
· 放大器噪声表征
· 第三方 IQ 混频器校准
亮点
高保真度快速读取
SHFQA 通过脉冲测量方式来确定被测设备的传输幅度和相位。SHFQA 通过两种方法信噪比 (SNR)：脉冲整形和匹配滤波。使用任意波形发生器进行脉冲整形，即使对于响应速度较慢的设备，也可以地缩短振铃时间。
通过为每个滤波器设置一个可编程的，4 kSa 长的权重函数，SHFQA 可以使其数字滤波器的阶跃响应与待测器件的瞬态响应匹配。与简单的未加权积分相比，应用合适匹配滤波器可显著提高 SNR。此外，实时信号分析链还可以鉴别单个量子比特的多量子态 (多达 4 个量子态)，且直接获得量子态的关联结果。
可扩展的量子比特读取仪器
在一条微波线上测量 16 个 qubit 或 8 个 qutrits 意味着优化低温放大器链路。使用可自由配置的权重积分大大降低了量子比特间的串扰，因此降低了对了器件制造容差的要求。任意波形发生器中的存储模块 (最多 16 个) 可以按时间交错方式读取和触发 qubit，qutrit 或 quaquad 的读取。用户可以选择 2 或 4 个读出通道，并将 2 通道版本的积分器的数目从 8 个扩展到 16 个，即，用户可以根据特定的系统要求定制仪器。
为了实现高集成度，SHFQA 可以与其他仪器共用操作界面，例如，低延迟 32 位 DIO VHDCI 接口可将多量子比特的量子态前馈到几个 HDAWG，以实现快速有效的量子比特复位。对于多量子比特系统，可以通过将多个SHFQA，SHFSG，HDAWG，HDIQ 和 PQSC 组合在一起，以形成可扩展的量子计算控制系统 (QCCS)。Zurich Instruments 的 ZSync 接口可通过 PQSC 将SHFQA 连接到 QCCS 中的所有其他仪器，这对于全局纠错协议具有至关重要的意义。
无需混频器校准的频率上转换，高达 8.5 GHz
当读取耦合至相同谐振腔的多个量子比特的量子态时，如果频率设置点未经优化，即使杂散很小，也可能导致量子态读取的串扰或读出信号过小。由于 SHFQA 的双超外差上变频方案采用的是滤波而不是干涉的方法，因此频带更宽，相对于标准的 IQ 混频方案其线性度更优。SHFQA 即使只用于输出单一频率，其杂散也低于使用标准的 IQ 混频方案，因此可实现开机即用。SHFQA 的突出特点在于，性能稳定且不需要繁琐的混频器校准。这种混频方案与 1 GHz 的分析带宽相结合， 显著提高了设计用于频率复用量子态读取的谐振腔共振频率的灵活性；这一方案极大简化了系统的调试和维护。
量子系统控制软件
LabOne QCCS 控制软件是 QCCS 的重要组成部分，它可以将 SHFQA 整合到新的或现有的设备。SHFQA 作为独立的仪器，可以通过 LabOne 和 API (Python，C，MATLAB®，LabVIEW™ 和 .NET 进行操控。扩展的示例库将使用户更轻松地将 SHFQA 整合到已有的测量框架。LabOne 数据服务器提供的强大的数据结构和数据处理功能，使软件堆栈中与用户交互的部分既简单直观，又易维护。
功能图解
技术参数
| 信号输入 | |
| RF 输入通道数量 | 2 或 4 |
| 频率范围 | 0.5 - 8.5 GHz |
| 信号带宽 | 1 GHz |
| 输入阻抗 | 50 欧姆 |
| 输入电压噪声 | 4 nV /√Hz（@ 3 GHz） |
| 输入范围（dBm） | -50 至10 dBm（校准） |
| A/D 转换 | 14位，4 GSa/s |
| 量子比特测量单元 | |
| 匹配滤波器 | 4 通道选项：16 个复数滤波器/读出通道 2 通道选项： 8 个复数滤波器/读出通道（通过 SHFQA-16W 选件可扩展到 16 个） 每个滤波器的每个正交量可包含 4096 个存储样本 |
| 多量子态鉴别 | 最多 4 个鉴别器 |
| 数据记录仪 | 存储容量：220 个样本，最多 217 次平均 |
| 信号监视器 | 存储容量：监视 1 个通道时 218 个复数样本，监视 2 个通道时 217 个样本，监视 3 或 4 个通道时 216 个样本 |
| 信号输出 | |
| RF 输出通道数 | 2 或 4 |
| 频率范围 | 0.5 - 8.5 GHz |
| 信号带宽 | 1.0 GHz |
| 输出阻抗 | 50 欧姆 |
| 输出电压噪声 | 14.1 nV /√Hz (@ 6 GHz) |
| 输出范围 (dBm) | -30 dBm 至 +10 dBm (校准) |
| 数模转换 | 14位，6 GSa/s |
| 读出脉冲发生器 | |
| 任意波形发生器数量 | 每个读出通道 1 个（总共 2 个或 4 个） |
| 时序功能 | 高级时序（循环，分支），命令表，高级触发控制 (交错读取功能) |
| 波形存储器模块1 | 4 通道配置：每通道总容量 64 kSa，即 16 个单元，每单元 4 kSa 2 通道配置：每通道总容量 32 kSa，即 8 个单元，每单元 4 kSa 2 通道配置 (包含 SHFQA-16W 选件)：每通道总容量 64 kSa，即 16 个单元，每单元 4 kSa |
| 振荡器 | 所有读出通道共享 1 个振荡器，振荡器的频率和相位实时可控。仅用于频谱 (Spectroscopy) 模式。 |
| 标记输出通道数 | 2 |
| 触发输入通道数 | 2 |
| 一般规格 | |
| 读出通道数 | 2 或 4 |
| 外型尺寸 | 449 x 460 x 145 毫米（19 英寸机架） 17.6 x 18.1 x 5.7 英寸 |
| 重量 | 15公斤（33 磅） |
| 电源供应 | 交流电：100 - 240 V，50/60 Hz |
| 连接器 | 前后面板上的 SMA 用于触发，信号和外部时钟 32 位 DIO 2 个 ZSync 接口 LAN 或以太网，1 Gbit/s USB 3.0 维护 USB |
所有波形存储模块均可自由配置和触发。
