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基于自旋的量子计算

相关产品: HDAWGUHF + AWGMFLI + MD + DIG

应用

Spin Based Quantum Computing application diagram using the Zurich Instruments Quantum Computing Control System

基于自旋的量子计算是实现可扩展量子计算机的领先技术。半导体量子点(QD)可用于囚禁单个电荷,而这些单电荷的自旋态则可作为量子比特。苏黎世仪器公司的量子计算控制系统(QCCS)提供了用于自旋量子态表征,控制和读出的所有关键工具。 QCCS 提供了一种低噪声,可扩展的解决方案,因此提高了设备的可靠性并简化了设备控制的复杂度。

半导体量子点可以囚禁一些单个的自旋量子比特,其量子态制备和相应的耦合强度可通过控制金属栅极电压实现。大的量子点可以用作电荷传感器来测量作为量子比特的较小量子点。单量子比特的操作可以通过微波带状线将振荡磁场耦合到量子比特来实现。在靠近两个量子点的金属栅极上施加短脉冲可实现两比特门。

测量方案

量子点表征

MFLI 锁相放大器可用于量子点表征。集成的低噪声电流放大器能够放大流过典型量子点的微弱电流,为多个振荡器设置不同的频率可从解调信号中同时得到直流电导,低频电导和栅极跨阻。数字转换器功能可用于获取快速电流轨迹,以实现单次自旋量子态读出。

快速多路复用量子比特控制

HDAWG 多通道任意波形发生器可以产生短脉冲以控制金属栅极电压,这些脉冲可用于控制量子点的能级和耦合,并驱动两比特门。为抵消交叉耦合的影响,一些附加脉冲是必要的。 HDAWG 可用于调制微波源,以实现单量子比特门,多个量子比特也可以通过频率复用来操作。 单边带调制方案与内部振荡器配合使用,可抑制镜像频率使频谱更干净。

高保真度量子态读取

使用射频反射法在高频段读取自旋量子态,可以大大提高读取速度。UHFLI 锁相放大器可以产生 RF 读取脉冲并读取量子点的反射响应,以执行快速和高保真度的单次自旋量子态读出。使用多路复用测量方案,UHFLI 可同时最多读取 8 个量子点。解调信号的幅度或相位变化取决于电荷传感器的复阻抗,因此可以用于测量量子态。

选择苏黎世仪器的优势

QCCS 提供了表征和控制复杂自旋量子系统的所有关键组件。

  • 高集成度:降低设备复杂度,减轻维护工作
    • 多合一:电流放大器,万用表,锁定放大器和数字转换器均可在同一台仪器上使用。
    • 反射式读出:标准的信号产生和探测功能。无需外部模拟上/下转换设备
  • 降低对隔离和滤波的需求,因此减小了输入连接器的功耗。
  • LabOne API,及 Labber 和 QCoDeS 的驱动程序,可使用户将其快速集成到现有的控制环境和设备中。
  • HDAWG 输出的高时间分辨率和低噪声性能,可使用户实现实现快速的量子比特操作,精确的自旋控制并提高保真度。
  • 使用实时定序器运行先进和复杂的实验。
  • 实现多量子比特量子计算:通过多个内部振荡器和高输出带宽,及多路复用技术控制多个量子比特

QCCS 是一项具有长久时效的投资,我们将不断优化实验的工作流程和设备的性能。

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视频

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Application Notes

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Power Dissipation at Input Connectors of Lock-in Amplifiers

Publications

Hanson, R., Kouwenhoven, L.P., Petta, J.R., Tarucha, S. & Vandersypen, L.M.K.

Spins in few-electron quantum dots

Rev. Mod. Phys. 79, 1217 (2007)

Crippa, A. et al.

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Nat. Commun. 10, 2776 (2019)

Crippa, A. et al.

Level Spectrum and Charge Relaxation in a Silicon Double Quantum Dot Probed by Dual-Gate Reflectometry

Nano Lett. 17, 1001-1006 (2017)

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