Программируемый квантовый системный контроллер Zurich Instruments PQSC

PQSC (Programmable Quantum System Controller) от Zurich Instruments – это система, которая позволяет объединить отдельные приборы в единый комплекс для квантовых компьютеров с более чем 100 кубитами. Каналы связи в реальном времени ZSync с низкой задержкой разработаны специально с учетом требований квантовых измерений. Благодаря переходы к автоматизированным и быстрым процедурам калибровки кубитов, PQSC не имеет практических ограничений, свойственных традиционным подходам к управлению такими системами.
Программируемый доступ к мощнейшему FPGA Xilinx UltraScale+ является основой новых решений для быстрой настройки системы и корректировки квантовой ошибки. Одновременно достигается оптимизация обработки процессов с учетом используемых специфичных алгоритмов и компьютерной архитектуры.

Ключевые характеристики

• Контроль до более чем 100 кубитов;
• Синхронизация с 18 HDAWG, т.е. 144 выходных канала;
• Задержка коммуникации менее 100 нс;
• Программируемый доступ к FPGA Xilinx® UltraScale+™ XCZU15EG-2I;
• Кроссплатформенное ПО LabOne для управления системой;
• API для LabVIEW, Python, C, MATLAB, .NET.

Система PQSC поставляется с 18 разъемами ZSync для соединения с генераторами сигналов произвольной формы Zurich Instruments HDAWG для контроля кубитов и квантовым анализатором Zurich Instruments UHFQA для считывания кубитов. Масштабируемая архитектура поддерживает установки со 100 и более точно синхронизированными каналами AWG и обеспечивает контроль состояний для достижения качественной и надежной настройки работы кубитов.

Каналы ZSync распределяют системные часы на все инструменты внутри системы, позволяя достичь уровня синхронизации на субнаносекундном уровне. Более того, они обеспечивают двунаправленный интерфейс обмена данными: для отправки результатов считывания кубитов от PQSC к центральному процессору, и для отправки триггерных сигналов к вторичным инструментам для запуска синхронизированных действий.

Интерфейс ZSync имеет жестко заданный алгоритм работы с обработкой в реальном времени, а вся передача данных выполняется с точностью до одного такта. Это позволяет реализовать процедуры быстрой настройки, синдромное декодирование и коррекцию квантовой ошибки.

Управляющее ПО LabOne имеет высокоуровневый интерфейсм для работы со всеми инструментами, а также имеет API для LabVIEW, Python, C, MATLAB, .NET.

Области применения

• Сверхпроводящие кубиты;
• Полупроводниковые спиновые кубиты;
• Кубиты на захваченных ионах.

 


 

Спецификация

Общие параметры

Размеры 45 × 35 × 10 см (для установки в 19-дюймовую стойку)
Питание AC: 100 – 120, 220 – 240 В, 50/60 Гц

FPGA

Тип Xilinx® UltraScale+ XCZU15EG-2I
Кол-во системных логических ячеек 747k
CLB flip-flops 682k
CLB LUTs 341k
Секции DSP 3,528
Блочная RAM 26.2 Mb
Ультра RAM 31.5 Mb

Процессор и память

Процессор приложений Quad ARM® Cortex TM-A53 до 1,333 МГц
Процессор для обработки данных в РМВ Dual ARM® Cortex TM-R5 до 533 МГц
SDRAM 4 ГБ DDR4 с ECC

 Часы

Входная частота Автоматически определяемая 10 МГц / 100 МГц
Связь на входе 50 Ом, SMA разъем
Выходная частота Переключаемая 10 МГц / 100 МГц
Выходная амплитуда >1 Vpp на 50 Ом

Разъемы и другое

Разъемы для соединения с компьютером LAN / Ethernet, 1 Гбит/c; USB 3.0 JTAG через USB 2.0 для доступа к Xilinx® ChipScope
Разъемы для соединения с инструментами 18 разъемов VSync
Коммуникационная полоса ZSync Нисходящий поток 200 МБ/с, восходящий – 100 МБ/с
Коммуникационая задержка ZSync Менее 100 нс
Триггеры 2 триггерных входа, 2 триггерных выхода
Цифровой вход/выход 3.3 В TTL на разъеме SMA 32 бит, 3.3 В TTL универсальный

 

Прибор доступен для заказа с середины 2019 года.