Salta al contenuto principale
Search

Misure di feedback quantistico

Prodotti correlati: HDAWG, UHFQA, SHFQA, SHFSG, SHFQC, PQSC

Descrizione dell'applicazione

Nelle misure di feedback quantistico, i risultati delle misure di qubit 'single-shot' sono usati come input di decisione per un'azione di feedback immediato sui qubit. Più bassa è la latenza, più contenuto è il rate di errore dell'operazione di feedback e più alta è la fidelity dell'operazione complessiva. Per garantire la ripetibilità, l'intero ciclo di feedback deve essere completato con tempi deterministici anche quando passa attraverso più strumenti.

Il feedback quantistico è usato in applicazioni quali l'inizializzazione rapida dei qubit, la stabilizzazione di uno stato quantistico e la correzione degli errori quantistici. I casi d'uso differiscono per la complessità dell'elaborazione del segnale richiesta tra la misura e il feedback; la fase di elaborazione del segnale varia dal semplice inoltro di bit digitali alla decodifica della sindrome d'errore.

I prodotti di Zurich Instruments coprono l'intera gamma di configurazioni richieste negli esperimenti con qubit superconduttori e qubit di spin, per garantire il miglior compromesso tra velocità di feedback e gestione della complessità.

Un sistema di controllo per la computazione quantistica (QCCS) di prima generazione offre segnali di controllo e lettura dei qubit generati nella banda base; un QCCS di seconda generazione opera direttamente a frequenze nella gamma delle microonde fino a 8.5 GHz. Entrambe le generazioni di strumenti supportano gli stessi metodi di feedback, ma con alcune differenze nell'implementazione che sono descritte di seguito.

Strategie di misura

Feedback configurations with a QCCS of the first generation

Figura 1: Schema di connessioni per realizzare operazioni di feedback 'event-based', 'point-to-point' e 'PQSC-enabled' con un QCCS di prima generazione.

Feedback configurations with a QCCS of the second generation

Figura 2: Schema di connessioni per realizzare operazioni di feedback 'event-based', 'point-to-point' e 'PQSC-enabled' con un QCCS di seconda generazione.

'Event-based': latenza fino a 50 ns

Nella configurazione più veloce possibile (vedi Figura 1a), un fronte di salita TTL viene inviato a uno degli ingressi di trigger dello HDAWG per generare un segnale analogico ('first-sample-out') su una coppia di uscite 50 ns dopo. Questa configurazione è adatta quando il segnale di lettura di un qubit viene deliberatamente riportato su un qubit specifico, come avviene nel reset attivo dei qubit. Il segnale TTL può essere fornito da apparecchiature di terzi per la lettura del qubit. Anche lo SHFSG supporta questa funzionalità (vedi Figura 2a), ma la latenza è di circa 200 ns.

'Point-to-point': latenza fino a 300 ns

In questa configurazione (vedi Figure 1b e 2b), il risultato di lettura di un qubit viene trasmesso alla linea di controllo dello stesso qubit tramite una connessione 'point-to-point'. Per esempio, questo è ciò che accade nel reset attivo. Con un QCCS di prima generazione, un UHFQA è collegato tramite un cavo VHDCI (DIO link) ad un HDAWG (vedi pannello b nella figura). Il DIO link trasferisce fino a 10 segnali di lettura di qubit come bit digitali; questi 10 bit possono essere usati per controllare 8 segnali di uscita HDAWG. La latenza di 380 ns è misurata dal momento in cui l'ultimo campione di un impulso di lettura entra nell'ingresso del segnale dell'UHFQA al momento in cui il primo campione di un impulso di controllo è generato sull'uscita Wave dell'HDAWG. Con un QCCS di seconda generazione, è possibile realizzare un feedback loop direttamente all'interno di uno strumento: lo SHFQC include funzionalità di controllo e lettura, infatti, e la latenza di feedback è allora ridotta a 300 ns.

'PQSC-enabled': latenza fino a 550 ns

L'aggiunta del PQSC come hub centrale permette il feedback tra due qubit qualsiasi del sistema. I dati multi-qubit possono essere elaborati in tempo reale e con bassa latenza durante il percorso. Questo metodo è più potente del feedback 'point-to-point' ed è un prerequisito per la correzione degli errori quantistici. In un QCCS di prima generazione (vedi Figura 1c), più HDAWG sono collegati tramite cavi ZSync a un PQSC e più UHFQA sono collegati agli HDAWG tramite cavi VHDCI (DIO link). Ogni collegamento DIO link/ZSync trasferisce fino a 10 segnali di lettura qubit da un UHFQA al PQSC. Il collegamento ZSync trasferisce anche parole di bit dal PQSC all'HDAWG, che può essere usato come ingresso di decisione per la selezione della forma d'onda. Sul percorso più veloce possibile, la latenza tra l'ultimo campione in entrata su qualsiasi UHFQA e il primo campione in uscita su qualsiasi HDAWG è inferiore a 700 ns. Con un QCCS di seconda generazione (vedi Figura 2c), tutti gli strumenti sfruttano le connessioni ZSync al PQSC ed è quindi possibile ridurre la latenza al di sotto di 550 ns.

Feedback locale e globale con lo SHFQC

In un sistema di grandi dimensioni, è prezioso combinare le capacità di feedback 'point-to-point' con quelle rese possibili dal PQSC. Questo permette agli utenti di ottenere la migliore latenza per le operazioni di feedback locale, ad esempio il reset di un qubit ancilla, così come per le operazioni di feedback globale quali la decodifica e la correzione delle sindromi di errore. La Figura 3 mostra come una tale configurazione possa essere realizzata in un QCCS di seconda generazione. Ogni SHFQC è usato per controllare sottogruppi di qubit ancilla collegati a una linea di lettura. Gli SHFSG forniscono ulteriori linee di controllo per i qubit di dati che non richiedono operazioni di reset durante l'elaborazione di un circuito quantistico, e gli HDAWG forniscono impulsi di flusso per sintonizzare le frequenze dei qubit o degli accoppiatori.

Local and global feedback with the QCCS

Figura 3: Schema di connessioni per realizzare operazioni di feedback simultanee, locali e globali, con un QCCS.

Perché scegliere Zurich Instruments

  • Bassa latenza, scalabilità, potente elaborazione dei dati in tempo reale: tutti i requisiti critici per le misure di feedback quantistico sono soddisfatti.
  • Approfittate della flessibilità per scegliere la configurazione ottimale per il vostro esperimento tra gli scenari discussi sopra.
  • Potete utilizzare metodi sperimentali all'avanguardia senza la necessità di acquisire una conoscenza approfondita della programmazione FPGA.

Inviateci le vostre domande   Richiedete un preventivo

Publications

Andersen, C.K. et al.

Entanglement stabilization using ancilla-based parity detection and real-time feedback in superconducting circuits

npj Quantum Inf. 5, 69 (2019)

Contattateci