ژنراتورهای سیگنال چه هستند؟

ژنراتورهای سیگنال ابزار تست الکترونیکی هستند که سیگنال های الکتریکی را با فرکانس دقیق کنترل شده، دامنه، شکل موج و فاز تولید می کنند.در زمینه محاسبات کوانتومی، این دستگاه ها برای تحویل پالس های مایکروویو و فرکانس رادیویی که به طور دقیق کنترل شده، سیم های اصلی اطلاعات کوانتومی را دستکاری می کنند، بر خلاف بیت های کلاسیک، کیوبیت ها در ابر حالات دولت ها وجود دارند و به میدان های بسیار دقیق برای ایجاد وفاداری موج اولیه نیاز دارند، و تنظیم سیگنال های پیشرفته (تغییر سیگنال های سیگنال های پیشرفته).

سیستم های کوانتومی مدرن اغلب در دمای مسری عمل می کنند، جایی که الکترونیک کنترل باید با سوپررسانی یا نیمه هادی ها از طریق کابل کشی کواکسیال ارتباط برقرار کند. ژنراتورهای سیگنال باید سیگنال های تمیز و کم نور را برای جلوگیری از کاهش تنش ارائه دهند و آنها باید اتصال فاز را در سراسر کانال های مختلف برای عملیات همزمان کیستوکت، رود وamp حفظ کنند؛ Schwarzek و Tix قابلیت های اندازه گیری کوانتومی را با بازخورد واقعی یکپارچه کرده اند.

نقش ژنراتورهای سیگنال در رابط کوانتومی

رابط های محاسباتی کوانتومی، الکترونیک کنترل کلاسیک و پردازنده کوانتومی را پل می کنند. ژنراتورهای سیگنال محرکهای اولیه در این رابطها هستند، تبدیل توالی های دروازه دیجیتال به پالس های آنالوگ که با کیوبیت ها ارتباط برقرار می کنند، الزامات دقیق سیستم های کوانتومی هرتز - مانند دامنه پالس به میکرو ولت، فرکانس در محدوده GHz و صدای فاز زیر -140 dB / پیاده سازی دقیق - حتی نیاز به یک ابزار چرخش دقیق، حتی بدون استفاده از آن، می تواند دقیق باشد.

کنترل Qubit Control

فرم های موجی برای بهینه سازی عملکرد کیوبیت ضروری هستند، به عنوان مثال، پالس های Gaussian-form نشت را به حالت های انرژی بالاتر در کیوبیت های ترانسمون کاهش می دهند، در حالی که DRAG (Divative Removal توسط Adiabatic Gate) پالس های باقی مانده را به دلیل یک محرک از ژنراتور سیگنال های سیگنال قادر به استفاده از نمونه اولیه و تکنیک های کنترل پالس های ساده، به روز رسانی حافظه های پویا، سرکوب زمان واقعی، سرکوب خطاهای باقی مانده به راحتی به منظور جلوگیری می کند.

علاوه بر این، ژنراتورهای سیگنال که از I/Q استفاده می کنند می توانند فرکانس ها یا فازهای متعدد را بر روی یک حامل واحد، امکان خواندن فرکانس چندپاره شده و کنترل همزمان چندین کیوبیت را کد کنند، این باعث کاهش پیچیدگی سخت افزاری در حالی که حفظ فیبرهای دروازه بالا می شود – اغلب بیش از 99.9 درصد در سیستم های پیشرفته تکامل می یابد. سنتز مستقیم پالس های مایکروویو با زمان بندی ضعیف تر از زمان بندی تا 100 برابر عملیات کنترل ورودی که توسط دولت همیلتون تکرار می شود.

تسهیل مقیاس پذیری

از آنجایی که مقیاس پردازنده های کوانتومی از ده ها تا صدها کیوبیت، زیرساخت های کنترل باید به طور متناسب گسترش یابند. ژنراتورهای سیگنال با کانال های همگام سازی متعدد برای حفظ انسجام فاز در کل تراشه ضروری هستند.ان کد چند کاناله یکپارچه، مانند کسانی که از ماشین های کوانتومی یا ابزار زوریخ استفاده می کنند، می توانند بیش از 50 کانال هماهنگ با انحراف پایین و حداقل کانال متقابل این اجازه می دهد تا عملیات های ضد آسیب پذیر در زیرمجموعه های موازی بدون از دست دادن یک مرحله پیش فرض، بدون از دست دادن یک مرحله اصلاح، بدون نیاز به طور مداوم، از بین بروند.

مقیاس پذیری همچنین خواستار کاهش در ردپای فیزیکی و مصرف برق است.معماری سیگنال های نوظهور بر اساس FPGA و RFSoC سیستم عامل های پالس دیجیتال، مدل سازی و افزایش تراکم به یک تراشه واحد، به شدت کوچک کردن فضای مورد نیاز برای کنترل الکترونیک، این پیشرفت ها باعث می شود تا قفسه های فشرده، اتاق- دما که به گریه کردن یخچال های دیوژنیک از طریق کابل کشی یا فیبر نوری متصل می شوند، به طور قابل توجهی کوچک سازی های کوانتومی برای کنترل کردن پردازنده های الکترونی.

کاهش نویز و خطای احتمالی

نویز دشمن انسجام کوانتومی است. ژنراتورهای سیگنال کمک به کاهش سر و صدا از طریق نوسان های فاز فوق العاده آهسته، مبدل های دیجیتال به تجزیه و تحلیل بالا (DACs)، و فیلترینگ دقیق است.به عنوان مثال، با استفاده از یک ژنراتور سیگنال با یک لایه صدا فاز زیر -160 dBc / هرتز در 10 kHz افست می تواند زمان های انسجام بیت را با چندین جزء تغذیه میکرو ثانیه افزایش دهد، و جبران کردن تکنیک های صوتی مانند فیلتر های غیر رو به جلو.

ژنراتورهای سیگنال پیشرفته همچنین از بازخورد زمان واقعی و کنترل تطبیقی پشتیبانی می کنند.با ادغام با دستگاه های الکترونیکی خواندنی کیوبیت، می توانند پالس های بعدی را بر اساس نتایج اندازه گیری تنظیم کنند، که این قابلیت اصلاح خطای حلقه بسته را برای اجرای کد سطح یا عملیات کد تکرار ضروری می کند، جایی که منطق سریع برای تثبیت کیوبیت های منطقی ضروری است.

مسیر های آینده و چالش ها

علی رغم پیشرفت قابل توجه، چندین چالش مرزی برای ژنراتورهای سیگنال در محاسبات کوانتومی باقی مانده است. فشار به زمان های اتصال کیوبیت بالاتر (در حال حاضر بیش از میلی ثانیه در برخی سیستم ها) نیاز به صدای فاز پایین و ایمنی بهتر نسبت به دخالت زیست محیطی دارد.در حال حاضر، حرکت به محاسبات کوانتومی تحمل خطا نیاز به هزاران کانال کنترل، هر کدام با لایه مستقل، فاز و زمان کنترل - و چالش لجستیکی است که نمی تواند راه حل های فعلی را برآورده کند.

Compact، Cost-Effective و ژنراتورهای عالی

نسل بعدی ژنراتورهای سیگنال باید در هنگام افزایش تراکم کانال، تولید سیگنال مبتنی بر فوتونیک، که سیگنال های مایکروویو از طریق تنظیم نوری تولید می شوند، یک مسیر را به روش های فوق العاده هیدروژل و کم حرارت (به عنوان مثال، ژنراتورهای با فرکانس بالاتر (به عنوان مثال، تا 100 گیگاهرتز) برای روش های خاصی از کیوبیت، مانند راه حل های کنترل کوانتومی (FIST) و یا گروه های کنترل مجدد در فرکانس های کنترل کننده نیاز دارند.

ادغام با Quantum Control Software

یکپارچه سازی بی درز بین سخت افزار ژنراتور سیگنال و نرم افزار کنترل کوانتومی یکی دیگر از سیستم عامل های حیاتی منبع باز مانند Qiskit (IBM) و Cirq (Google) به دست آوردن کشش، اما آنها نیاز به رابط های کم صدا به سخت افزار یکپارچه ژنراتور سیگنال به طور فزاینده ای ارائه کنترل API، اتصال پایتون، و برنامه FPGA-level محققان اجازه می دهد تا به طور خودکار اجرا شوند تا بدون پروتکل های کاهش یافته، تنظیم شوند.

توسعه پیشرفته Synchronization و Timing

سیستم های کوانتومی توزیع شده، مانند شبکه های کوانتومی یا پردازنده های مدولار، هماهنگ سازی تقاضا در سراسر گره های جغرافیایی از هم جدا شده است. ژنراتورهای سیگنال که از پروتکل زمان دقیق IEEE 1588 (PTP) پشتیبانی می کنند و توزیع ساعت نوری می تواند هماهنگ سازی زیر نور ثانیه را در طول کیلومتر حفظ کند.این تکنولوژی برای تکرار کنندگان کوانتومی آینده و توزیع طولانی مدت است.

  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] [۱] [۱] [۱] [۱]] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱]] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۱] [۱]]]]] [۱]]] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۱] [۳]]] [۱] [۱] [۱] [۱] [
  • پهنای باند چندGHz نسل دلخواه برای پالس های سریع شار.
  • بازخورد زمان واقعی [[ویرایش] [۱]] با تأخیر حلقه زیر میکرو ثانیه.
  • معماری تعریف شده با نرم افزار [FLT 1] که اجازه می دهد ارتقاء های از راه دور.
  • [در این باره] بخوانید با انحراف دیجیتال برای تبعیض دولتی کیوبیت.

استاندارد Cross-Platform Standard

از آنجایی که اکوسیستم کوانتومی بالغ می شود، استاندارد سازی رابط های ژنراتور سیگنال و روش های کالیبراسیون مهم خواهد شد. گروه هایی مانند IEEE بر روی معیارهایی برای کنترل الکترونیک کوانتومی کار می کنند، از جمله معیارهایی مانند ریتم، انزوا کانال و ثبات بلند مدت.

نتیجه گیری

ژنراتورهای سیگنال از ابزارهای آزمایشگاهی به اجزای تخصصی و با عملکرد بالا که برای رابط های محاسباتی کوانتومی پایه هستند، توانایی آنها برای تولید دقیق، کم صدا و سیگنال های همگام شده به طور مستقیم بر کنترل کیوبیت، وفاداری دروازه و مقیاس پذیری سیستم تاثیر می گذارد، زیرا پردازنده های کوانتومی به سمت تحمل خطا و کاربرد عملی حرکت می کنند، نوآوری مداوم در فن آوری سیگنال ژنراتور سیگنال - از منابع عکسی جمع آوری به سیستم های کنترل کامل سیستم های الکترونیکی و سیستم های کنترل قدرت، به صورت قطعی است.

برای مطالعه بیشتر، بررسی طبیعت در کنترل کوانتومی ، RMP] در مورد اصلاح خطای کوانتومی و یادداشت های کاربردی از سازندگان ابزار پیشرو.