یک پلت فرم مقیاس پذیر ، کاربر پسند و ارزان برای انجام آزمایشات کوانتومی پیشرفته

محققان دپارتمان‌های فیزیک و مهندسی سیستم‌های الکترونیکی در مؤسسه علوم هند (IISc) یک سیستم کنترل و خوانش کوانتومی مقیاس‌پذیر  (SQ-CARS) با استفاده از یک سیستم مبتنی بر FPGA به منظور رفع چالش‌ها در اتصال الکترونیک کلاسیک به بیت‌های کوانتومی توسعه داده‌اند. راه اندازی سنتی برای تولید کردن و گرفتن سیگنال های مایکروویو با فرکانس بالا به منظور  کنترل و خوانش کیوبیت  اغلب پیچیده و پرهزینه است.

سیستم SQ-CARS، بر اساس برد Xilinx RFSoC FPGA، برای ارائه قابلیت‌های کنترل و خوانش مقیاس‌پذیر و کاربرپسند برای آزمایش‌های چند کیوبیتی در حوزه فرکانس مایکروویو طراحی شده است. این سیستم یک چارچوب پایتون برای تعامل آسان و یک رابط کاربری یکپارچه ارائه می دهد و این سه چالش کلیدی را مورد بررسی قرار می دهد: مقیاس پذیری، سنتز مستقیم مایکروویو، و یک رابط کاربر پسند.

مقیاس پذیری از طریق همگام سازی قطعی کانال های متعدد به دست می آید که سیستم را قادر می سازد تعداد بیشتری از کیوبیت ها را مدیریت کند. این سیستم از سنتز مستقیم پالس های مایکروویوِ بُرداری  پشتیبانی می کند که  در محدوده فرکانس 4 تا 9 گیگاهرتز شخصی‌سازی شده است. همچنین شامل ویژگی‌های پردازش داده‌های داخلی (onboard data processing) مانند فیلترهای پایین‌گذر قابل تنظیم و بلوک‌های چرخشی قابل تنظیم است که امکان تشخیص قفل و فیدبک فعال با تأخیر کم در آزمایش‌های کوانتومی را فراهم می‌کند.

برای تأیید عملکرد SQ-CARS، محققان اندازه‌گیری‌های حوزه زمانی مختلفی را با استفاده از کیوبیت‌های ترانسمون ابررسانا انجام دادند و نتایج را با تنظیمات سنتی که معمولاً در آزمایش‌های مشابه استفاده می‌شوند مقایسه کردند. سیستم SQ-CARS قابلیت های خود را از نظر مقیاس پذیری، کاهش هزینه (کاهش بیش از 10 برابر) و کاهش اندازه نشان داد.

منبع

Ujjawal Singhal et al, SQ-CARS: A Scalable Quantum Control and Readout System, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement (2023). DOI: 10.1109/TIM.2023.3305656