ההשפעה של מחוללי אותות על פיתוח של ממשקי מחשוב קוונטיים

מה הם מחוללי אותות?

גנרטורים אותות הם מכשירים אלקטרוניים בדיקות כי לייצר אותות חשמליים עם תדר מבוקר בדיוק, amplitude, גלפור, ובשלב. בהקשר של מחשוב קוונטי, מכשירים אלה חיוניים לאספקת גלי מיקרוגל ורדיו- ⁇ כי מניפולציה qubits - יחידות הליבה של מידע קוונטי.בניגוד ביטים קלאסיים, qubits קיימים ב superpositions של מדינות ודורשים אלקטרומגנטיים מדויקים מאוד כדי לפלס ראשוני, לקרוא, ולהגדיר את השער הקוונטי, כולל אותות מתכתביים מתקדמים (Gates), כולל אותות).

מערכות קוונטיות מודרניות פועלות לעתים קרובות בטמפרטורות Cryogenic, שבו אלקטרוניקה הבקרה חייב ממשק עם superconducting או חצי qubitor qubits באמצעות coaxial כרוב. גנרטורים חייב לספק אותות נקיים, נמוך ללא רעש כדי למנוע decoherence, והם חייבים לשמור על קוהרנטיות בשלב על פני ערוצים מרובים עבור פעולות זמניות במקביל.

תפקיד מחוללי אותות ב- Quantum Interfaces

ממשקי מחשוב קוונטיים מגשרים על אלקטרוניקה בקרה קלאסית והמעבד הקוונטי.המניפסט הם הממריצים העיקריים בממשקים אלה, המרת רצפי שער דיגיטליים לפעפיים אנלוגיות המתקשרות עם qubits. דרישות מדויקות של מערכות קוונטיות - כגון הדופק amplitudes למטה למיקרו וולט, בתדרים בטווח GHz, ורעש שלב מתחת -140Bc / דרישות נוקשות - אפילו לא אפשריות על גבי מכשירים מדויקים.

המונחים: Qubit control

גלימות מחוות הם חיוניים עבור אופטימיזציה של ביצועים של qubit.לדוגמה, הדופק בצורת Gaussian להפחית את הדלפה למצבים אנרגיה גבוהה יותר, בעוד DRAG (Derivative Removal על ידי שער Adiabatic Gate) הדופקים דוכאים שגיאות שאריות עקב גנרטורים הרמוניים מסוגלות גל אקראיות מאפשר לחוקרים אבטיפוס וצורות כאלה בקלות כמו הגנה דינמית, כמו גם דינמיקה של טכניקות הגנה בזמן.

יתר על כן, גנרטורים אותות התומכים I / Q Modulation יכול לקודד תדרים מרובים או שלבים על נושא אחד, המאפשרים תדירות-multiplexed Readout ובקרת בו זמנית של כמה qubits. זה מקטין מורכבות חומרה תוך שמירה על פערי שער גבוהים - לעתים קרובות מעל 99.9% במערכות המדינה-of-of-the-art.הסינתזה הישירה של מוטציות עם תזמון תת- 100 מבטיח פעולות קוונטיות כי הם חוזרים על ידי המדינה.

המונחים: Scalability

כמו מעבדי קוונטים בקנה מידה של עשרות עד מאות נקודות, תשתיות הבקרה חייבות להתרחב באופן יחסי. גנרטורים אותות עם ערוצים סינכרוניים מרובים חיוניים כדי לשמור על קוהרנטיות בשלב לאורך כל השבב. Integrated Multi-channel AWGs, כגון אלה ממכונות קוונטיות או ציריך, יכולים לייצר מעל 50 ערוצים מסונכרנים עם skew נמוך ו-to-talk זה מאפשר תקלות בשלב סביר של תיקון גלובליים.

סקלאלה גם דורשת ירידה בטביעת הרגל הפיזית ובצריכת החשמל.אדריכלות של מחוללי אותות המבוססים על פלטפורמות FPGA ו-RFSoC משלבות דור הדופק הדיגיטלי, המודולציה, וההסתלקות לתוך שבב יחיד, מכווץ באופן דרסטי את החלל המפחיד הדרוש לשליטה באלקטרוניקה.התפתחויות אלה מאפשרות קומפקטי, צריפים זמניים, שקושרים למקררי גילוח זעקה באמצעות קישורים קנונית או אופטיים, דרך קווי סיבים אופטיים, הדרך הקלה למעבדים קוונטיים עבור מעבדים קוונטיים.

ניכוי רעש ושגיאה Mitigation

רעש הוא האויב של קוהרנטיות קוונטית. גנרטורים אותות לתרום לירידה רעש באמצעות אוספי רעש בשלב איטי, ממירים דיגיטליים-ל-אנליזה ברזולוציה גבוהה (DACs), וסינון זהיר. לדוגמה, באמצעות גנרטור אות עם רצפה רעש בשלב למטה -160 dBc/Hz ב 10 kset יכול להאריך קו-qubitherence על ידי מספר פעמים, בנוסף לסינון מוקדם של טכניקות כגון הדבקה, קריפטפטפטפטפטפטומטיות, כמו , כמו פילטרים, כמו פילטרים, וגרסאות של , וטכניקות כגון הדבקה.

גנרטורים מתקדמים של אותות תומכים גם משוב בזמן אמת ושליטה הסתגלותית.על ידי שילוב עם qubit Readout אלקטרוניקה, הם יכולים להתאים הדופקים הבאים המבוססים על תוצאות מדידה, המאפשר תיקון שגיאות סגור-פרלופ.יכולות אלה קריטיות לביצוע קוד פני השטח או פעולות קוד החזרה, שבו לוגיקה מצבית מהירה נדרש לייצב נקודות סבירות.

כיוונים עתידיים ואתגרים

למרות התקדמות יוצאת דופן, כמה אתגרים גבולות נשארים עבור גנרטורים אותות במחשוב קוונטי.הדוח לעבר זמני קוביט גבוהים יותר (כיום מעל פני מילימטרים במערכות מסוימות) דורש אפילו רעש בשלב נמוך יותר וחסינות טובה יותר להפרעות סביבתיות. במקביל, המעבר להגדרה קוונטית לא-סובלנית של פחמן מחייב אלפי ערוצים שליטה, כל אחד עם מחסנים עצמאיים, שלב, ובקרת תזמון - עלות לוגיסטית ואתגר עכשווי שאינו יכול לעמוד בפתרונות מבוססי-הווה.

קומפקטי, Cost-Effective ו-High-Frequency Generators

(גנרטורים של אותות הדור הבא צריכים להתכווץ בגודל תוך הגדלת צפיפות הערוץ. Integrated photonic-based Signal Generation, שבו אותות מיקרוגל מיוצרים באמצעות Modulation אופטי, מציעה דרך לפתרונות אולטרה-שותפים ונמוכים להתחממות נמוכה.בנוסף, גנרטורים בעלי ערך גבוה יותר (למשל, עד 100 GHz) נדרשים עבור שיטות מסוימות, כגון סיליקון ספין-ביטאולוגי (Fbituological) של קבוצות בקרה גבוהה יותר: 1D2D2-Fbito-Fbitericercretexertexercretexercretexerd) ו-Fbiterd:

שילוב עם תוכנת בקרת הקוונטים

שילוב ללא ים בין חומרת אותות ותוכנה בקרת קוונטית הוא עוד גבולות קריטיים. Open-source פלטפורמות כמו Chiskit (IBM) ו- Cirq (Google) צוברים מצעים, אבל הם דורשים ממשקים בעלי עוצמה נמוכה ליצרניות של אותות גישה נמוכה יותר לספק שליטה המונעת על ידי API, Python מחייבות, ו- FPGA-levelmability כדי לאפשר לחוקרים לרוץ רצפים מורכבים ללא רזולוציה נמוכה.

SynSyncization ו- Timing

מערכות קוונטיות דיסטריות, כגון רשתות קוונטיות או מעבדים מודולריים, סינכרוניזציה הביקוש על פני נקודות תורות נפרדות גיאוגרפית.אות גנרטורים התומכים ב- IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) והפצת שעון אופטית יכולה לשמור על סינכרוניזציה תת-שנתית מעל קילומטרים. טכנולוגיה זו חיונית עבור חוזרים קוונטיים עתידיים ותפוצה ארוכת טווח.

• (ב) [15] ,0) , רעש שלב נמוך שלב (FLT:1 ), עיצובים להשגת תזמון תת--1 שניות.
• (ב) ,0) ,Multi-GHz רוחב פס רוחב פס FLT:1, דור גלפור שרירותי עבור הדופק המהיר של פלוקס.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) אדריכלות מוגדרת-מהפכה (Software-oriented-Fireations) אשר מאפשרת שדרוגים מרוחקים של קושחה.
• (ב) ,0) , קראט"ל: 1 (ב) עם פיזור דיגיטלי של אפליה של המדינה.

סטנדרט Cross-Platform Standardization

ככל שהמערכת האקולוגית הקוונטית בוגרת, סטנדרטיזציה של ממשקי מחולל אותות ותהליכי קליברציה יהפכו חשובים. קבוצות כגון FLT:0IEEEFLT:1 פועלות על השוואות עבור אלקטרוניקה בקרה קוונטית, כולל מדדים כמו נאמנות הדופק, בידוד ערוצים ויציבות ארוכת טווח.

מסקנה

גנרטורים אותות התפתחו ממכשירי מעבדה לרכיבים מיוחדים, בעלי ביצועים גבוהים שהם בסיס לממשקים מחשוב קוונטיים.היכולת שלהם לייצר מדויק, נמוך-נוז, ואותוות מסונכרנים ישירות משפיעות על בקרת ה-qubit, נאמנות השער, ודרגות מערכתיות. ASum מעבדים מתקדמים לעבר סובלנות שגויה ויישום מעשי, המשך החדשנות בטכנולוגיית הגנרטור - ממקורות פוטוניים קומפקטיים ועד לפלטפורמות בקרה קוונטיות של אלקטרוניקה, החלמות, החלמות, החלות, בין האלגוריתם, ל-קולאריות, ל-קולאריות, ל-ה, ל-ה-ה-ה-ה-המול אלגוריתמיות- אלגוריתמיות-המול אלגוריתמיות-הקודמות-ה-ה-הקודמות-ה-הקודמות-הקודמות- אלגוריתמיות-הקודמות-הקודמות-הקודמות-הקודמות-הקודמות-הקודמות-הפעולה מיידית.

לקריאה נוספת, ראה את סקירת הטבע על בקרת הקוונטים (II) 1:1, מאמר RMP על תיקון שגיאות קוונטיות תיקון 3, והערות יישום של יצרני מכשירים מובילים.