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超導量子計算測量方案

簡介：

超導量子計算是實現可擴展容錯量子計算機最有前途的技術之一。在過去的二十年中，超導量子計算取得了巨大的進步。全球范圍內的大學實驗室，政府機構和越來越多的私營公司均相繼報導了很多重要的進展。隨著該領域研究的高速發展，各機構更加致力于各自的核心競爭力：量子芯片制造，量子芯片表征或量子算法設計。

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應用簡介測量方案相關產品

應用簡介

蘇黎世儀器 (Zurich Instruments) 致力于提供全球首個可擴展至 100 個量子比特及以上的商用量子計算測控系統 (QCCS)。 QCCS 包含將物理層的量子比特（比如超導電路）連接到量子堆棧中的更高層（運行與量子比特類型無關的算法）所需的硬件和軟件。

我們可以幫助客戶應對哪些挑戰？

━ 量子比特控制：通過產生超低相位噪聲和高帶寬的控制脈沖，利用內存高效的定序器，以實現高保真度量子門操作。

━ 量子態讀出：單臺儀器可實現多達 64 個量子比特的量子態高保真度、低延遲讀取。

━ 量子態反饋：通過低時延的量子態控制和讀取，實現單個量子比特的重置以及全局伴隨式解碼等量子糾錯算法。

━ 可擴展的量子計算系統：通過精確時間同步，低通信延遲及支持高層量子算法的控制軟件，使量子計算測控系統可輕松實現擴展，并在操作上更加便捷，操作整個系統類似于操作一臺儀器。

測量方案

相關產品：HDAWG，SHFSG，SHFQA，PQSC

QCCS 代表了控制超導量子處理器的最先進技術。它向用戶提供一個完全可編程的系統，包括任意波形發生器 HDAWG，信號發生器 SHFSG，量子分析儀 SHFQA 和可編程量子系統控制器 PQSC，及控制軟件 LabOne? 用戶圖形界面 (GUI)， LabOne QCCS 軟件，LabOne 應用程序接口 APIs，和常用軟件 QCoDeS 和 Labber 的驅動。QCCS 的主要功能包括量子芯片表征和初始化、量子門操作、多比特量子態讀取和反饋。

量子比特的表征和校準

━ 任務：測量量子比特躍遷頻率和讀取頻率，表征量子比特的性能，優化單發讀取保真度。

━ 特點：SHFQA 量子分析儀具有兩個高速讀取模式適用于測量諧振腔頻率和量子態讀取。同樣基于雙超外差技術的 SHFSG 信號發生器具有功能強大的定序器，可實現單比特量子門的表征和優化。

━ 優勢：基于硬件平均功能和時序執行能力，實現快速多量子比特并行表征和校準。集成化，高線性度寬頻微波信號的直接產生縮短了實驗切換時間降低了實驗的復雜度，即微波信號輸出可直接連接至控制線和讀取線。

多量子比特量子處理器的表征和校準需要花費大量的時間，且多量子態的并行輸出能力對量子算法執行尤為重要。SHFQA 的諧振腔譜和量子態讀取模式極大地簡化了表征實驗，且可直接輸出數字化的量子態。SHFSG 高度線性的微波信號轉換特性可實現保真度單比特門操作。

量子計算

━ 任務：優化量子門操作的保真度，運行含或不含糾錯功能的復雜量子算法，并表征其性能和極限。

━ 特點：SHFSG 信號發生器頻率范圍覆蓋直流至 8.5 GHz，可實現單比特門和兩比特門。SHFSG 的雙超外差技術保證了低噪聲，無雜散信號可用于高保真度門操作，無需使用和校準 IQ 混頻器。HDAWG 多通道任意波形發生器可輸出高達 +18 dBm 的低相噪信號，結合 HDAWG-PC 實時預補償選件可用于產生磁通脈沖以實現高保真度兩比特門操作。

━ 優勢：QCCS 是一款高性能的產品，不斷創新以引領行業發展，以滿足用戶不斷增長的需求。

復雜量子算法的實現依賴于高保真的通用單比特和兩比特門。在超導量子系統中，兩比特門的保真度可能受到磁通脈沖噪聲或參量兩比特門的相位噪聲的限制。 HDAWG 出色的噪聲性能可使用戶實現 99.9％的基于磁通變化的兩比特門保真度。此外，HDAWG-PC 實時預補償選件可最大程度地降低兩比特門中量子信息的泄漏。SHFSG 的輸出頻率覆蓋直流至 8.5 GHz，可直接用于單比特門和兩比特交叉共振門，無需混頻器校準。

量子態主動重置和伴隨式解碼

━ 任務：通過改進量子比特初始化和糾錯提高量子算法性能

━ 特點：通過小型系統的觸發連接，以及高達 100 量子比特及以上的系統的 ZSync 和 PQSC 連接，可以實現低延遲的多設備通信。 PQSC 為主動重置、全局伴隨式解碼和用戶訪問 FPGA 提供寄存器轉發，以支持開發用戶需要的糾錯碼。

━ 優勢：SHFQA 的實時量子態鑒別以及所有控制和讀出儀器（SHFQA、SHFSG 和 HDAWG）的實時決策和分支，可通過 PQSC 同步運行最先進的反饋代碼，也就是從用于量子比特初始化的快速主動重置到表面代碼的全局伴隨式解碼。

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