SHFQC+ 8.5GHz 量子測控一體機
一、簡(jiǎn)介：
瑞士Zurich Instruments的SHFQC+量子測控一體機集成了 SHFQA+量子分析儀和SHFSG+信號發(fā)生器，以及實(shí)時(shí)示波器、快速掃頻、脈沖級定序等功能于一身，可以同時(shí)進(jìn)行控制、讀取和快速反饋多達6個(gè)超導量子比特。SHFQC+的控制通道有3種配置以實(shí)現不同的實(shí)驗需求，每一個(gè)通道都有一個(gè)單獨的定序器，可以編程控制波形的相位和時(shí)序，可控制或耦合量子比特，并且可以快速響應讀取信號。
二、產(chǎn)品特點(diǎn)
主要特點(diǎn)
頻率范圍：DC - 8.5GHz
1GHz瞬時(shí)帶寬，無(wú)需混頻器校準
2、4或6個(gè)控制輸出通道
1個(gè)讀取輸入輸出通道，可控制和讀取qubit，qutrit和ququad
儀器內即可完成反饋測控，延時(shí)350ns
實(shí)時(shí)信號處理鏈路，具有匹配濾波器和多態(tài)鑒別功能
配套控制軟件LabOne®，LabOne Q和Python APIs
產(chǎn)品亮點(diǎn)
①高保真量子比特操控和讀取
工作頻率高達8.5GHz，SHFQC+采用雙超外差上下變頻技術(shù)，而非IQ混頻方案，以濾波而非介入的形式實(shí)現頻譜純凈，因此它的工作頻段更寬，線(xiàn)性度更高。SHFQC+可以輸出無(wú)雜散和穩定的信號，瞬時(shí)帶寬高達1GHz，無(wú)需混頻器校準，節約系統維護時(shí)間。
②高效的工作流程和資源管理
SHFQC+的控制和讀取通道支持用最少量的波形產(chǎn)生最復雜的信號序列。用戶(hù)可以用描述波形參數的形式來(lái)定義需要的信號，以最節省波形存儲空間的方式對SHFQC+的信號發(fā)生器進(jìn)行編程。對于具有多個(gè)量子比特的系統，需要多臺SHFQC+時(shí)，這樣的方式可以確保復雜的調諧和校準步驟僅需最低的儀器通信時(shí)間即可完成。
③快速高保真讀取
SHFQC+可以用脈沖信號來(lái)表征待測器件的幅度和相位傳輸特性?？捎脙蓚€(gè)方法來(lái)最大化信噪比：脈沖整形和匹配濾波。脈沖整形基于任意讀取信號發(fā)生器，可以最小化上升沿和下降沿的振蕩，即使器件本身響應很慢。
④可擴展的系統方案
SHFQC+的設計可以操控6個(gè)頻率固定的qubits/qutrits或5個(gè)ququads。如果要更好地支持其他類(lèi)型的量子比特或集成到大型的量子系統，SHFQC+也可以很方便地與其他儀器互聯(lián)。
⑤量子系統控制軟件
作為量子計算測控系統的一部分時(shí)，SHFQC+可以通過(guò)LabOne Q軟件完美地集成到已有的或新的系統中。作為一個(gè)自成一體的設備時(shí)，SHFQC+可以通過(guò)LabOne或Python APIs高效控制。
SHFQC+可選選件：
①SHFQC-16W積分權重擴展選件
主要特點(diǎn)
把積分權重模塊數量從8個(gè)升級到16個(gè)
把波形存儲模塊數量從8個(gè)升級到16個(gè)
可同時(shí)讀取16個(gè)qubit或8個(gè)qutrit或5個(gè)ququad
②SHFQC-RTR輸出路由器和加法器選件
可將三個(gè)額外的數字信號單元的信號路由并添加到任何輸出
每個(gè)路由信號具有獨立的幅度和相位控制能力
能夠單獨啟用每個(gè)路由信號
溢出指示器用于警示添加的信號使DAC飽和
將SHFQC2和SHFQC4的數字信號單元增加到6個(gè)
三、產(chǎn)品參數
一般指標 | |
控制通道數量 | 2/4/6 個(gè)信號發(fā)生器通道 |
讀取通道數量 | 1 個(gè)量子分析儀通道 |
(1個(gè)輸出通道，1個(gè)輸入通道) | |
尺寸 | 449 x 460 x 145 mm (19英寸標準機架) |
17.6 x 18.1 x 5.7 inch | |
重量 | 15 kg (33 lb) |
電源 | AC: 100-240 V, 50/60 Hz |
連接接口 | SMA 前后面板，用于觸發(fā)，信號和外接時(shí)鐘 |
32位寬 DIO | |
2 個(gè) ZSync 接口 | |
LAN/Ethernet, 1 Gbit/s | |
USB 3.0 | |
Maintenance USB | |
信號發(fā)生器和信號輸出 | |
RF輸出數量 | 2/4/6 (可在線(xiàn)升級)， 最多 6 個(gè) |
頻率范圍 | DC - 8.5 GHz |
信號帶寬 | > 1 GHz |
輸出范圍 (dBm) | -30 dBm 到 10 dBm |
輸出阻抗 | 50 Ω |
微波合成器數量 | 3 個(gè)(每通道對共享1個(gè)) |
D/A 轉換 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍內插后) |
輸出電壓準度 | ±(設置值的1 dBm) |
波形生成 | |
AWG 內核 | 每通道1個(gè) |
波形垂直分辨率 | 14-bit 模擬 + 2-bit 數字標記 |
波形存儲 | 每通道 98 kSa |
定序器指令長(cháng)度 | 每個(gè) AWG 內核 32k 指令 |
AWG 采樣率 | 2 GSa/s |
最小波形長(cháng)度 | 32 Sa |
量子分析儀信號輸出 | |
RF 輸出數量 | 1 |
頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
信號帶寬 | > 1 GHz |
輸出范圍（dBm） | -30 dBm to 10 dBm |
輸出阻抗 | 50 Ohm |
微波合成器數量 | 1 (與輸入通道共享) |
D/A 轉換 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍內插后) |
輸出電壓準度 | ±(設置值的 1 dBm) |
讀取脈沖發(fā)生器 | |
讀取脈沖發(fā)生器數量 | 1 |
定序能力 | 高級定序，支持循環(huán)和動(dòng)態(tài)跳轉，高級觸發(fā)控制，時(shí)間交錯讀取 |
波形存儲單元1 | 每通道 8 個(gè)單元，一共 32 kSa 存儲 |
或者16 個(gè)單元，一共 64 kSa 存儲 (需要 SHFQC-16W 選件) | |
振蕩器 | 1 (spectroscopy 模式下可配置) |
量子分析儀信號輸入 | |
RF 輸入數量 | 1 |
頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
信號帶寬 | > 1 GHz |
輸出阻抗 | 50 Ω |
微波合成器數量 | 1 (與輸出通道共享) |
輸入電壓噪聲 | < 2.2 nV/√Hz (<-160 dBm / Hz) @ -50 dBm |
輸入量程 (dBm) | -50 dBm 到10 dBm (校準后) |
A/D 轉換 | 14-bit，4 GSa/s |
量子比特測量單元 | |
匹配濾波器 | 每通道 8 個(gè)單元1，一共 32 kSa 存儲 |
或者16 個(gè)單元，一共 64 kSa 存儲 (需要 SHFQC-16W 選件) | |
多態(tài)鑒別 | 最多4個(gè)鑒別器 |
反饋延遲 | 350 ns (最后一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)入到第一個(gè)采樣點(diǎn)輸出) |
數據記錄器 | 存儲: 219 點(diǎn)，平均次數最大 216 |
示波器 | 存儲: 單通道時(shí)， 218 復值采樣點(diǎn)； 2通道時(shí)， 217 復值采樣點(diǎn)；3或4通道時(shí)， 216 復值采樣點(diǎn) |
平均次數: 最大 216 | |
數字標記和觸發(fā) | |
數字標記輸出 | 每輸出/輸入通道各一個(gè)，SMA 前面板 |
數字標記輸出電壓 | 0 V (低)，3.3 V (高) |
數字標記輸出阻抗 | 50 Ω |
數字標志輸出上升沿時(shí)間 | 300 ps (20% to 80%) |
觸發(fā)輸入 | 每輸出/輸入通道各一個(gè)，SMA 前面板 |
觸發(fā)輸入阻抗 | 50 Ω / 1 kΩ |
1 所有的存儲單元均可自由配置和觸發(fā)。每個(gè)單元最優(yōu)對應4096個(gè)復值采樣點(diǎn)。 |
四、應用領(lǐng)域
量子計算應用
控制量子比特，支持單量子比特門(mén)和多量子比特門(mén)
頻分復用讀取
單發(fā)色散讀取
快速量子比特和諧振腔譜測量和系統表征
實(shí)時(shí)，低延時(shí)反饋，支持全域內快速操作和量子糾錯協(xié)議
支持的量子比特類(lèi)型
超導量子比特
自旋/超導諧振腔混合量子比特
Qubits，qutrits 和 ququads
其他應用
放大器噪聲表征
微波系統校準
五、功能圖解
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