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PQSC 可编程量子系统控制器
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详细信息
PQSC 可编程量子系统控制器
简介
Zurich Instruments 的可编程量子系统控制器 PQSC，是一款用于操控所有 QCCS 仪器以实现多量子比特 (多达 100 个) 量子计算的控制器。PQSC 提供的 ZSync 低延迟实时通信链，专为量子计算设计：PQSC突破了传统控制方式的局限，使快速自动化量子比特校准的常规化成为现实。PQSC 的 FPGA 型号是功能强大的 Xilinx UltraScale+。直接对 FPGA 进行编程配置，并通过开发经过优化的新信号处理方案，可以实现更为复杂的功能，例如在特定的量子算法和量子计算机架构中进行快速启动和纠错等。
PQSC 拥有 18 个 ZSync 接口，用于连接 Zurich Instruments 的 SHFSG 或 HDAWG, 和 SHFQA，分别用于量子比特的控制和读取。UHFQA 可以通过 32 位 DIO 接口与 HDAWG 通信，进而通过 HDAWG 连接到 PQSC。可扩展的架构可用于实现超过 100 个 AWG 通道的精准同步，并提供状态监控，确保量子比特操控的质量和可靠性。ZSync 链路可同步所有仪器并将整个系统时钟控制在亚纳秒量级。ZSync 接口提供了一个双向的数据传递接口，可将量子比特读取结果送至 PQSC 做集中处理，也可发出触发信号控制下位仪器做出同步响应。ZSync 链路具有严格的实时信号特性：所有数据传输的时间精度可准确到一个时钟周期，因而可以实现实验中的快速调试、故障解析和纠错。LabOne 控制软件为用户提供控制所有仪器的高级界面，并支持多种 API，如 Python、LabVIEW™、C、MATLAB®、及 .NET。
主要特点
- 可操控多达 100 个量子比特
- 可同步多达 18 台 HDAWG, 即 144 个模拟输出通道
- 通信延时 < 100 ns
- 用户可编程 FPGA Xilinx® UltraScale+ XCZU15EG-2I
- LabOne® 控制软件和各种应用开发接口 (API)，包括Python、C、MATLAB®、LabVIEW™， 以及 .NET
应用
- 量子计算
- 量子模拟: 中性原子阱
- 量子纠错
- 量子比特主动复位
规格：
FPGA
| 型号 | Xilinx® UltraScale+™️ XCZU15EG-2I |
| 系统逻辑单元 | 747 k |
| 可配置逻辑模块-触发器 (CLB flip-flops) | 682 k |
| 可配置逻辑模块-查找表 (CLB LUTs) | 341 k |
| 数字信号处理片段数 | 3528 |
| 块存储器 (Block RAM) | 26.2 Mb |
| UltraRAM | 31.5 Mb |
处理器和内存
| 应用处理器 | Quad ARM® Cortex TM-A53 可至 1,333 MHz |
| 实时处理器 | Dual ARM® Cortex TM-R5 可至 533 MHz |
| SDRAM | 4 GB DDR4 (包含 ECC) |
时钟
| 输入频率 | 自动检测 10 MHz / 100 MHz |
| 输入耦合 | 50 Ω, SMA 接口 |
| 输出频率 | 可切换 10 MHz / 100 MHz |
| 输出幅度 | > 1 Vpp，阻抗 50 Ω |
接口和其他
| 主机连接接口 | LAN / Ethernet, 1 Gbit/s |
| 设备连接接口 | 18 个 ZSync 接口 |
| ZSync 通信带宽 | 下载 200 MB/s |
| ZSync 通信延时 | < 100 ns |
| 触发 | 2 个触发输入，2 个触发输出， |
| 数字 I/O | 32 位, 3.3 V TTL, 通用 |
