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Sistema di controllo per la computazione quantistica

Nel 2018, Zurich Instruments ha introdotto il primo sistema commerciale di controllo per la computazione quantistica (in inglese, quantum computing control system – QCCS), progettato per controllare più di 100 qubit superconduttori e di spin. Ogni componente del QCCS è concepito per svolgere un ruolo specifico nelle operazioni di controllo, lettura e feedback, e per funzionare in maniera completamente sincronizzata con le altre parti del sistema. LabOne Q, il software di controllo di Zurich Instruments per il QCCS, fornisce un quadro di misura completo per la computazione quantistica e facilita l'integrazione in software di livello superiore.

Il QCCS di Zurich Instruments supporta i ricercatori e gli ingegneri permettendo loro di concentrarsi sullo sviluppo dei processori quantistici e di altri elementi dello stack quantistico grazie a un'elettronica di controllo classica e un software altamente avanzati.

Flussi di lavoro efficienti, specifiche e funzionalità su misura, e un alto grado di affidabilità sono le caratteristiche più apprezzate dai nostri clienti.

I risultati scientifici raggiunti con il QCCS (cfr. l'elenco di pubblicazioni in calce) sono una testimonianza del nostro stretto impegno con alcuni dei gruppi di ricerca più ambiziosi nel settore. Il QCCS opera direttamente alle frequenze dei qubit senza la calibrazione del mixer, offrendo un'alta densità e un basso costo per qubit e fornendo una serie di funzionalità in continua crescita che tengono conto dei più recenti sviluppi nel campo della computazione quantistica.

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Logo

 

Caratteristiche principali

  • Progettazione scalabile: nuovi ingressi e uscite possono essere aggiunti in qualsiasi momento, e un'alta densità di canali e prestazioni consistenti sono garantiti qualunque sia la dimensione dell'apparato sperimentale.
  • Software per una crescente produttività: LabOne Q collega in modo efficiente gli algoritmi quantistici di alto livello con i segnali analogici del dispositivo quantistico.
  • Specifiche hardware corrispondenti all'applicazione: basso rumore, risoluzione elevata e ampia larghezza di banda.
  • Approccio pensato e verificato: sincronizzazione precisa e funzionamento affidabile.
  • Funzioni di feedback: propagazione veloce dei dati attraverso il sistema e potente capacità di decodifica.

Controllo del sistema

Controllo del sistema

  • Funzionamento come singolo strumento
  • Sincronizzazione e funzionamento in tempo reale dell'intero sistema
  • Parallelizzazione e accodamento dei compiti per tempi minimi di inattività sul dispositivo quantistico
  • Interfacce con altri framework quantistici

Controllo dei Qubit

Controllo dei Qubit

  • Accesso alla massima gate fidelity: basso rumore, ampia larghezza di banda, alta stabilità
  • Soluzioni per tutti i segnali di controllo tipici a uno e due qubit
  • Utilizzo del sistema basato su un sequenziamento efficiente della memoria

Lettura dei Qubit

Lettura dei Qubit

  • Fino a 64 qubit per strumento
  • Massima fidelity di lettura
  • Bassa latenza, funzionamento in tempo reale
  • Analisi di qutrit e ququad con discriminazione multi-stato

Feedback quantistico

Feedback quantistico

  • Configurazioni multiple Supporto tecnico: dal single-qubit al computazione quantistica su larga scala
  • Latenza bassissima, fino a 50 ns
  • Potente decodificatore di stato multi-qubit

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Video di presentazione del QCCS

Video di presentazione del QCCS

QCCS Quantum Computing Control System
Zurich Instruments - Qubit control for 100 qubits and more

Esempio di collaborazione

Quantum Inspire è entrato in funzione ad aprile 2020. Come primo computer quantistico europeo nel cloud, fornisce l'accesso a 2 backend di cui uno usa transmon qubit superconduttori e l'altro usa qubit di spin. Entrambe le configurazioni sono supportate dal QCCS di Zurich Instruments.

Guarda il video "Making of

  • Funzionamento affidabile e stabile 24/7
  • Caratteristiche critiche per le prestazioni: lettura 'multiplexed', precompensazione e interfacciamento
  • Set completo di funzioni: 'bring-up', calibrazione e caratterizzazione, nessun cablaggio manuale
  • Percorso di aggiornamento per 100 qubit e oltre

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Application Notes

Zurich Instruments

Superconducting Qubit Characterization

Zurich Instruments

Active Reset of Superconducting Qubits

Zurich Instruments

Frequency Up-Conversion for Arbitrary Waveform Generators

Zurich Instruments

Bell State Preparation of Superconducting Qubits

Publications

Bengtsson, A. et al.

Improved success probability with greater circuit depth for the quantum approximate optimization algorithm

Phys. Rev. Applied 14, 034010 (2020)

Rol, M.A. et al.

Fast, high-fidelity conditional-phase gate exploiting leakage interference in weakly anharmonic superconducting qubits

Phys. Rev. Lett. 123, 120502 (2019)

Werninghaus, M. et al.

Leakage reduction in fast superconducting qubit gates via optimal control

Crippa, A. et al.

Gate-reflectometry dispersive readout and coherent control of a spin qubit in silicon

Nat. Commun. 10, 2776 (2019)

Rol, M.A. et al.

A fast, low-leakage, high-fidelity two-qubit gate for a programmable superconducting quantum computer

Phys. Rev. Lett. 123, 120502 (2019)

Bultink, C.C. et al.

General method for extracting the quantum efficiency of dispersive qubit readout in circuit QED

Appl. Phys. Lett. 112, 092601 (2018)

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)

Guo, X.-Y. et al.

Observation of Bloch oscillations and Wannier-Stark localization on a superconducting processor

npj Quantum Inf. 7, 51 (2021)

Marques, J.F. et al.

Logical-qubit operations in an error-detecting surface code

arXiv

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