PQSC 可編程量子系統(tǒng)控制器
簡介
Zurich Instruments 的可編程量子系統(tǒng)控制器 PQSC，是一款用于操控所有 QCCS 儀器以實(shí)現(xiàn)多量子比特 (多達(dá) 100 個(gè)) 量子計(jì)算的控制器。PQSC 提供的 ZSync 低延遲實(shí)時(shí)通信鏈，專為量子計(jì)算設(shè)計(jì)：PQSC突破了傳統(tǒng)控制方式的局限，使快速自動(dòng)化量子比特校準(zhǔn)的常規(guī)化成為現(xiàn)實(shí)。PQSC 的 FPGA 型號(hào)是功能強(qiáng)大的 Xilinx UltraScale+。直接對(duì) FPGA 進(jìn)行編程配置，并通過開發(fā)經(jīng)過優(yōu)化的新信號(hào)處理方案，可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的功能，例如在特定的量子算法和量子計(jì)算機(jī)架構(gòu)中進(jìn)行快速啟動(dòng)和糾錯(cuò)等。
PQSC 擁有 18 個(gè) ZSync 接口，用于連接 Zurich Instruments 的 SHFSG 或 HDAWG, 和 SHFQA，分別用于量子比特的控制和讀取。UHFQA 可以通過 32 位 DIO 接口與 HDAWG 通信，進(jìn)而通過 HDAWG 連接到 PQSC?？蓴U(kuò)展的架構(gòu)可用于實(shí)現(xiàn)超過 100 個(gè) AWG 通道的精準(zhǔn)同步，并提供狀態(tài)監(jiān)控，確保量子比特操控的質(zhì)量和可靠性。ZSync 鏈路可同步所有儀器并將整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘控制在亞納秒量級(jí)。ZSync 接口提供了一個(gè)雙向的數(shù)據(jù)傳遞接口，可將量子比特讀取結(jié)果送至 PQSC 做集中處理，也可發(fā)出觸發(fā)信號(hào)控制下位儀器做出同步響應(yīng)。ZSync 鏈路具有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)信號(hào)特性：所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間精度可準(zhǔn)確到一個(gè)時(shí)鐘周期，因而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的快速調(diào)試、故障解析和糾錯(cuò)。LabOne 控制軟件為用戶提供控制所有儀器的高級(jí)界面，并支持多種 API，如 Python、LabVIEW™、C、MATLAB®、及 .NET。
主要特點(diǎn)
- 可操控多達(dá) 100 個(gè)量子比特
- 可同步多達(dá) 18 臺(tái) HDAWG, 即 144 個(gè)模擬輸出通道
- 通信延時(shí) < 100 ns
- 用戶可編程 FPGA Xilinx® UltraScale+ XCZU15EG-2I
- LabOne® 控制軟件和各種應(yīng)用開發(fā)接口 (API)，包括Python、C、MATLAB®、LabVIEW™， 以及 .NET
應(yīng)用
- 量子計(jì)算
- 量子模擬: 中性原子阱
- 量子糾錯(cuò)
- 量子比特主動(dòng)復(fù)位
規(guī)格：
FPGA
| 型號(hào) | Xilinx® UltraScale+™? XCZU15EG-2I |
| 系統(tǒng)邏輯單元 | 747 k |
| 可配置邏輯模塊-觸發(fā)器 (CLB flip-flops) | 682 k |
| 可配置邏輯模塊-查找表 (CLB LUTs) | 341 k |
| 數(shù)字信號(hào)處理片段數(shù) | 3528 |
| 塊存儲(chǔ)器 (Block RAM) | 26.2 Mb |
| UltraRAM | 31.5 Mb |
處理器和內(nèi)存
| 應(yīng)用處理器 | Quad ARM® Cortex TM-A53 可至 1,333 MHz |
| 實(shí)時(shí)處理器 | Dual ARM® Cortex TM-R5 可至 533 MHz |
| SDRAM | 4 GB DDR4 (包含 ECC) |
時(shí)鐘
| 輸入頻率 | 自動(dòng)檢測 10 MHz / 100 MHz |
| 輸入耦合 | 50 Ω, SMA 接口 |
| 輸出頻率 | 可切換 10 MHz / 100 MHz |
| 輸出幅度 | > 1 Vpp，阻抗 50 Ω |
接口和其他
| 主機(jī)連接接口 | LAN / Ethernet, 1 Gbit/s |
| 設(shè)備連接接口 | 18 個(gè) ZSync 接口 |
| ZSync 通信帶寬 | 下載 200 MB/s |
| ZSync 通信延時(shí) | < 100 ns |
| 觸發(fā) | 2 個(gè)觸發(fā)輸入，2 個(gè)觸發(fā)輸出， |
| 數(shù)字 I/O | 32 位, 3.3 V TTL, 通用 |
