2018 年第四季度

目录

编者按

欢迎阅读 2018 年第四季度的新闻通讯!
Zurich Instruments 推出全球首款商用量子计算控制系统,进一步扩大在量子领域的投入,实现量子技术的重大突破。量子计算机的构建意味着在多个层面付出大量努力。完整量子栈的简略示意图如下,其中列出了一些所需的重要组件:

Full Quantum Stack

Zurich Instruments 致力于提供最优秀的电子产品和软件,从而降低复杂度,使客户高效地扩展到较高的量子比特数。我们相信,各仪器间高效协调的联动能够为客户带来显著优势,实现高级量子算法能够与底层物理量子比特相统一。

款商用量子计算控制系统

我们的量子计算控制系统由 4 个主要模块构成:

通过将上述仪器与软件相结合,可对超过 100 个量子实现控制,Zurich Instruments 也以此成为首家可提供完整的商用量子计算机控制系统的公司。

请阅读 应用指南,了解我们的仪器在量子计算方面的成功应用。

代尔夫特理工大学TU Deflt 获先锋奖

我们的应用开发人员必须和未来用户保持紧密联系,这是开发产品成功的关键。我们有幸与 Leo DiCarlo 领导的代尔夫特理工大学量子输运团队进行高质量的合作,对此我们深表感谢。尤其要感谢 Niels Bultink 和 Adriaan Rol 在 UHFQA 量子分析仪和 HDAWG 任意波形发生器的测试与优化过程中为我们提供的巨大帮助。感谢他们的坚持!我们刚刚为他们颁发了先锋奖。请单击此处查看访谈。

欧洲量子计算机项目启动
多方合力推进全新 FET 旗舰项目 OpenSuperQ

Zurich Instruments 将携手九家国际产学界合作伙伴,共同参与旨在构建高性能混合量子计算机的特别科研项目。这个项目被称为 OpenSuperQ(开放式超导量子计算机),它是全新欧盟项目是量子技术领域大型 FET 旗舰项目的组成部分。FET旗舰项目耗资 10 亿欧元,由欧盟委员会提供资助,汇聚了欧盟各地经验丰富的合作伙伴。

Zurich Instruments 全体团队成员很荣幸能够负责开发用于执行量子算法并读出结果的Quantum Processor控制系统。

公司发展

热烈欢迎 Jim Phillips 加入 Zurich Instruments 团队,成为我们在美国的应用科学家。在苏黎世结束入职培训之后,他最近回到波士顿地区,开始为我们美国的客户提供支持。
为继续保持我们在全球市场的良好发展势头,我们希望在波士顿、上海和苏黎世招纳更多贤才。如果您有兴趣加入我们的团队,请单击此处查看我们空缺的职位
祝您阅读愉快,在快乐中度过 2018 年,期待再次与您进行交流!

新产品
可编程量子系统控制器 PQSC

主要优势

  • 可控制高达100 量子比特
  • 最多可同步 18 台 HDAWG,即 144 个输出通道
  • 系统时钟分配
  • 用户可编程 FPGA
    Xilinx® UltraScale+™️ XCZU15EG-2I 实现自定义实时控制
  • 通信延迟 <100 ns
  • LabOne® 控制软件(Windows 和 Linux)以及适用于 LabVIEW®、Python、C、MATLAB® 和 .NET 的 API

Zurich Instruments 的可编程量子系统控制器PQSC是这样一款仪器—可以将100个量子比特(甚至更多)的计算机所需要的仪器链接起来。PQSC具有低延迟实时通信链,专为量子计算而设计;PQSC突破了传统控制方式的局限,使自动快速地进行量子比特校准成为现实。它提供FPGA编程接口,FPGA型号是功能强大的 Xilinx UltraScale+。这为开发新的,优化的信号处理方案提供了平台。这些方案可以用于特定的算法和计算机架构中实现快速调谐和纠错。

查看产品页面了解更多详情或直接联系我们开始对话。

新产品
量子分析仪UHFQA ,用于并行量子比特读取

主要优势

  • 1.8 GSa/s、±600 MHz 的测量范围(单边带调制)
  • 可并行读取10 个量子比特
  • 可自定义的匹配滤波器、信号调理、串扰抑制、阈值检测
  • 12 位双通道输入、14 位双通道 AWG
  • LabOne® 控制软件(Windows 和 Linux)以及适用于 LabVIEW®、Python、C、MATLAB® 和 .NET 的 API

Zurich Instruments UHFQA 量子分析仪是一款特色工具,能够以超高的速度和保真度并行读取多达 10 个超导和自旋量子比特。UHFQA 的频率范围高达 ±600 MHz,具有纳秒时间分辨率,并具有 2 个信号输入和输出,用于 IQ 基带操作。得益于匹配滤波器、实时矩阵运算和量子态检测的低延迟信号处理链,UHFQA 可用于 100 个以上量子比特的大规模量子计算项目。

查看产品页面了解更多详情或直接联系我们

应用知识:量子计算

主要优势

  • 2.4 GSa/s,16 位, 750 MHz
  • 最大幅值 5 Vpp
  • 最高的通道密度
  • 触发到输出的延迟小于 50 ns
  • LabOne® 控制软件(Windows 和 Linux)以及适用于 LabVIEW®、Python、C、MATLAB® 和 .NET 的 API

Zurich Instruments 的 HDAWG 多通道任意波形发生器 (AWG) 具有最高的通道密度,专为带宽高达 750 MHz 的高级信号生成而设计。HDAWG 具有 4 或 8 个直流耦合的单端模拟输出通道,垂直分辨率达 16 位。各输出可在直接模式(具有最大的带宽和优异的信噪比)和放大模式(最高可将信号幅值提升至 5 Vpp)之间独立切换。每条通道有 2 个标记,可在保持全 16 位输出分辨率的同时确保精确同步。

LabOne® 提供了先进的编程理念,即将 AWG 的高性能和灵活性与函数发生器的易用性相结合。利用不限平台的 LabOne 用户界面 (UI) 以及适用于 LabVIEW®、.NET、MATLAB®、C 和 Python 的 API 选项,可以轻松实现自动测量以及快速集成到现有控制环境中。

查看产品页面了解更多详情或直接联系我们

应用知识:量子计算

AWG上变频

目前,许多量子计算机的构建方法都要求在 4.5 到 9 GHz 的频率范围内生成可靠的任意波形,以进行量子比特和读取。鉴于信号定时、分辨率和低噪音的重要性,所需的信号调制带宽通常限制在数百兆赫内。本“AWG 上变频”技术指南中详细介绍和列举了对 Zurich Instruments HDAWG 生成的同相 (I) 和正交 (Q) 信号进行上变频所需的电路元件。HDAWG 是多信道任意波形发生器,带宽高达 750 MHz,并配备多个本地振荡器。

下载并阅读

超导量子比特表征描述了在进行实际计算之前每个量子实验中所需的一些基本测量和控制模式。

本应用指南介绍了如何使用 UHF 仪器根据超导量子比特的频率、状态寿命和相干时间来表征该超导量子比特。表征的结果可以作为对量子计算序列的脉冲形状进行调整的依据。文中所述实验中使用的单量子比特器件基于电路量子电动力学架构而设计,可扩展用于多量子比特实验。测量地点为瑞士苏黎世联邦理工学院 A. Wallraff 教授的量子器件实验室。

下载并阅读

超导量子比特的主动复位展示了在一台仪器中结合测量与信号生成所具有的快速反馈能力及优势,可用于实现量子比特初始化。

展示的方法包括对量子比特状态的单发测量,随后是条件式单量子比特门操作,该操作将量子比特旋转到基态,以应对量子比特本就处于激发态的情况。我们将该方法被动等待量子比特衰减的方法进行比较,并将该方法的速度和保真度优势进行了量化。

下载并阅读

Zurich Instruments 先锋奖

Zurich Instruments 长期设有学生旅行基金和研讨会基金,用于表彰研究人员。今年秋天,我们设立了一项全新的奖项 - Zurich Instruments 先锋奖。该奖项旨在彰显与我们的客户和合作伙伴保持积极互动的重要意义,他们不仅为我们提供宝贵的意见和建议,也激励我们制造出最杰出和最人性化的仪器。

该奖项的首批获奖者是代尔夫特理工大学的 Niels Bultink 和 Adriaan Rol。在量子输运团队负责人 Leo DiCarlo 的领导下,他们密切参与到 UHFQA 量子分析仪和 HDAWG 任意波形发生器的开发过程中,为 Zurich Instruments 提供了有力支持。

Zurich Instruments 的 CEO Sadik Hafizovic 在访问代尔夫特理工大学实验室期间向 Cornelis 和 Adriaan 颁发了该奖项。图片人物:Leo DiCarlo、Sadik Hafizovic、Adriaan Rol 和 Niels Bultink(左上方起)

对话学者:Adriaan Rol(HDAWG 先锋)

Zurich Instruments 研发实验室之外的首个 HDAWG 原型机是在 2017 年夏天交付给您的。当时,这款设备还处在开发阶段,表现不尽如人意。作为 HDAWG 的早期用户,您都承担了哪些职责?

Adriaan:可以说,我的职责主要包括两部分,一是进行调试,二是提出一些有助提升 HDAWG 实用性的功能建议。我们还密切参与了一些关键功能的开发,比如real-time pre-distortion filters实时预失真滤波器。

我们最初拿到 HDAWG 时,它还不是现在的样子。我的第一项任务是将它连接到我们自己的系统上。这看起来可能相当简单,但仍然缺少许多基础条件,例如没有适合我们的 Python 框架的驱动程序。即使一切操作都正确,也常常会出现漏洞,例如参数在读出时会返回无意义的值,或输出电压与仪器指示的值不相符。在与 ZI 软件团队进行讨论之后,我们在 ZI Python API 中新增了一项功能,支持基于 API 本身自动生成所需要的驱动程序,包括每个参数的对应文档。这样我们可以很方便地添加新功能,因为我们省掉了编写驱动程序的麻烦。

谈谈您在原型机使用过程中最糟糕的经历吧。

Adriaan:我最糟糕的经历莫过于我们内部称之为 “阶梯测试”的那次,第二糟糕的经历是特定模式下波形的舍入误差。在“阶梯测试”实验中,我们通过数字输入/输出 (DIO) 信号发送触发编码,从而触发特定的预定义波形,用 HDAWG来播放。为了测试该 DIO 协议的同步情况,我们定义触发编码为阶梯形式的波形。我们很快发现,必须对该协议的时序进行校准才能确保播放正确的波形。问题不仅仅是初始校准协议不够可靠,需要大量重启和其他修正才能正常运行外。更严重的是原本正常的阶梯形状可能每隔几分钟就出一次问题。这个问题为我们使用 HDAWG 进行实验造成了很大障碍。从那以后,我们便采用了新的 DIO 校准程序,这个问题得到了完美的解决。

在与我方研发团队合作的过程中,您有何感受?

Adriaan:贵公司的研发团队在与我们合作的过程中,不论是提供支持的及时性,还是在开发新功能方面的专业能力,都令我们印象深刻,我对此深感满意。除了每两周一次的 Skype 会议外,我们随时都可以使用 TeamViewer 进行呼叫并获得支持。我们与研发团队的多数成员都比较熟悉,在过去几年间多次碰面,这同样有助于我们的合作。

您利用 HDAWG 解决掉了哪些测量方面的难题?

Adriaan:HDAWG 为我们解决的最大问题是实时失真校正。当我们使用 HDAWG 产生通量脉冲,从而通过 transmon 量子比特执行双量子比特门控时,波形通常会在通往量子比特的过程中失真。表征这一点的传统方法是对正在播放的波形应用预失真滤波器。该方法的问题是这些滤波器是历史相关的,这就要求将程序中的所有脉冲都集中到同一个超长波形中,其中包含所有波形的预失真校正。我们不希望出现这类超长波形,除了存储器限制和加载时间等原因外,如果要满足单个超长波形的要求,就很难得到依靠代码字触发单个脉冲的灵活控制方案。更根本的是,在需要超长波形的情况下,几乎不可能执行实时反馈。

通过应用实时预失真矫正技术,上述所有问题都得到了解决,显著降低了这些实验的复杂性。

能告诉我们您将 HDAWG 用在了什么样的实验系统上吗?

Adriaan:我们在超导 transmon 量子比特上进行实验。使用由 HDAWG 产生的微波脉冲执行单量子比特门控,然后使用矢量开关矩阵(该矩阵允许对相同的频率量子比特使用相同的基元脉冲)将这些脉冲转接到其他的量子比特。使用由另一个 HDAWG 单元产生的通量脉冲执行双量子比特门控。使用多个 UHFQA 执行读取。上述所有仪器都使用中央控制器进行控制,该控制器提供触发编码给触发器,用于确定在什么时间点执行何种操作。

对话学者:Niels Bultink(UHFQA 先锋)

您认为使用 UHFQA 的最大价值在哪里?

Niels:UHFQA 是首批用于多量子比特读取的商用解决方案之一。除了将脉冲生成和数据采集功能集成在同一仪器中之外,它在同步方面也具有很大的优势。

与我们的研发团队合作的过程中,您个人的体验如何?

Niels:我们和 ZI 研发团队一直保持着十分融洽的合作关系。我还记得三年前在新墨西哥州圣达菲市举行的一次会议,那时我就认识了你们研发团队的部分成员。你们的一个团队成员刚刚发生严重的自行车事故,只能屈膝走路,而我在滑雪时肩膀脱臼了。因此,我们两个人经常留在吧台讨论技术问题,当然我们可不止谈论这些。我认为共同开发仪器就是要尽量理解彼此的长处,这样才能够弥补彼此的短处。

作为 UHFQA 的早期用户,您都承担了哪些职责?

Niels:除了许多面对面的会议之外,早期用户还要参加无数次的 Skype 会议来调试仪器,有时还需要调整实验系统的其他部分。虽然这常常会导致我方实验的延期以及 ZI 方面无法预料的时间投入,但我们双方总能保持深入而愉快的沟通。

能告诉我们您将 UHFQA 用在了什么样的实验系统上吗?

Niels:我们在一套系统中使用了三个 UHFQA 单元,读取 17 个超导量子比特。我们使用基于 FPGA 的全数字控制器与 UHFQA 进行交互,通过这台控制器我们可以命令 UHFQA 读取特定的量子比特。测量结果则会被发送回控制器,控制器随即闭进行反馈,实现反馈回路。在不久的将来,它还可以实时运行错误解码器以进行表层编码纠错。

UHFQA 是如何帮助您更快地发布科研成果的?

Niels:开发和集成新硬件,在短期内,不一定是提高科研产出的最快方法。但是,它有助于降低实验人员工作的复杂性。从长远来看,这正是扩展量子计算机规模最重要的一步。

Niels 在采访中提到的首批实验结果现已发表。阅读更多:
C. Bultink, B. Tarasinski, N. Haandbaek, S. Poletto, N. Haider, D. Michalak, A. Bruno, and L. DiCarlo, "General method for extracting the quantum efficiency of dispersive qubit readout in circuit QED" arXiv:1711.05336, November 2017

美国应用科学家 Jim Phillips 简介

Jim 在密歇根大学安娜堡分校获得物理学学士学位,随后在斯坦福大学获得物理学博士学位。他的论文主题是在悬浮的铌球上寻找分数电荷。

在斯坦福大学完成博士后研究后,他进入马萨诸塞州剑桥的哈佛史密森天体物理中心,在那里长期从事有关未来太空天文仪器和引力实验的概念拟定和早期技术开发。其研究成果包括测量恒星位置的干涉仪(长 2 米,精度为 5 微角秒),以及使附近恒星成像的紫外干涉仪。

他设计了一个可在 20 分钟的探空火箭飞行期间进行的重力等效原理测试方案,该方案能够将当前最佳测量结果提升四个数量级。他还发明了世界上最精确的激光测距仪,测量距离为 1/4 米,精度为 40 飞米,即铀原子核的直径。Jim 一直都对优秀的仪器设备心驰神往,他也很高兴加入到 ZI 的大家庭。

招贤纳士

你热爱科学、技术和仪器吗?加入我们朝气蓬勃的团队,在高端科学仪器领域开辟一片新天地,为全球领先的实验室的科学家和工程师们打造先进的仪器。

Zurich Instruments 正在发展壮大,无论技术、营销还是运营,均处于业界前沿。这里有诸多激动人心的职位虚位以待,为您提供极具发展空间的就业机会:

总部位于瑞士苏黎世

Zurich Instruments(美国波士顿)

Zurich Instruments(中国上海)

没有您理想的职位?请进入招聘职位页面查看未来几周的更新信息,或将简历和求职意向书发送到 career@zhinst.com

近期发表的 QC 论文(采用 Zurich Instruments 设备)

展会安排

我们与您相约以下会议

致电: +86 21 6487 0287
或者给我们留言,我们免费提供样机试用。

To help with your request and to comply with data protection legislation we will need to confirm that you agree for us to collect and use your personal data:

See here for details of the data that we hold on our customers and what we do with it. If you have any questions please contact privacy@zhinst.com