SHFQC+ 8.5GHz 量子測控一體機
一、簡介：
瑞士Zurich Instruments的SHFQC+量子測控一體機集成了 SHFQA+量子分析儀和SHFSG+信號發生器，以及實時示波器、快速掃頻、脈沖級定序等功能于一身，可以同時進行控制、讀取和快速反饋多達6個超導量子比特。SHFQC+的控制通道有3種配置以實現不同的實驗需求，每一個通道都有一個單獨的定序器，可以編程控制波形的相位和時序，可控制或耦合量子比特，并且可以快速響應讀取信號。
二、產品特點
主要特點
頻率范圍：DC - 8.5GHz
1GHz瞬時帶寬，無需混頻器校準
2、4或6個控制輸出通道
1個讀取輸入輸出通道，可控制和讀取qubit，qutrit和ququad
儀器內即可完成反饋測控，延時350ns
實時信號處理鏈路，具有匹配濾波器和多態鑒別功能
配套控制軟件LabOne®，LabOne Q和Python APIs
產品亮點
①高保真量子比特操控和讀取
工作頻率高達8.5GHz，SHFQC+采用雙超外差上下變頻技術，而非IQ混頻方案，以濾波而非介入的形式實現頻譜純凈，因此它的工作頻段更寬，線性度更高。SHFQC+可以輸出無雜散和穩定的信號，瞬時帶寬高達1GHz，無需混頻器校準，節約系統維護時間。
②高效的工作流程和資源管理
SHFQC+的控制和讀取通道支持用最少量的波形產生最復雜的信號序列。用戶可以用描述波形參數的形式來定義需要的信號，以最節省波形存儲空間的方式對SHFQC+的信號發生器進行編程。對于具有多個量子比特的系統，需要多臺SHFQC+時，這樣的方式可以確保復雜的調諧和校準步驟僅需最低的儀器通信時間即可完成。
③快速高保真讀取
SHFQC+可以用脈沖信號來表征待測器件的幅度和相位傳輸特性。可用兩個方法來最大化信噪比：脈沖整形和匹配濾波。脈沖整形基于任意讀取信號發生器，可以最小化上升沿和下降沿的振蕩，即使器件本身響應很慢。
④可擴展的系統方案
SHFQC+的設計可以操控6個頻率固定的qubits/qutrits或5個ququads。如果要更好地支持其他類型的量子比特或集成到大型的量子系統，SHFQC+也可以很方便地與其他儀器互聯。
⑤量子系統控制軟件
作為量子計算測控系統的一部分時，SHFQC+可以通過LabOne Q軟件完美地集成到已有的或新的系統中。作為一個自成一體的設備時，SHFQC+可以通過LabOne或Python APIs高效控制。
SHFQC+可選選件：
①SHFQC-16W積分權重擴展選件
主要特點
把積分權重模塊數量從8個升級到16個
把波形存儲模塊數量從8個升級到16個
可同時讀取16個qubit或8個qutrit或5個ququad
②SHFQC-RTR輸出路由器和加法器選件
可將三個額外的數字信號單元的信號路由并添加到任何輸出
每個路由信號具有獨立的幅度和相位控制能力
能夠單獨啟用每個路由信號
溢出指示器用于警示添加的信號使DAC飽和
將SHFQC2和SHFQC4的數字信號單元增加到6個
三、產品參數
一般指標 | |
控制通道數量 | 2/4/6 個信號發生器通道 |
讀取通道數量 | 1 個量子分析儀通道 |
(1個輸出通道，1個輸入通道) | |
尺寸 | 449 x 460 x 145 mm (19英寸標準機架) |
17.6 x 18.1 x 5.7 inch | |
重量 | 15 kg (33 lb) |
電源 | AC: 100-240 V, 50/60 Hz |
連接接口 | SMA 前后面板，用于觸發，信號和外接時鐘 |
32位寬 DIO | |
2 個 ZSync 接口 | |
LAN/Ethernet, 1 Gbit/s | |
USB 3.0 | |
Maintenance USB | |
信號發生器和信號輸出 | |
RF輸出數量 | 2/4/6 (可在線升級)， 最多 6 個 |
頻率范圍 | DC - 8.5 GHz |
信號帶寬 | > 1 GHz |
輸出范圍 (dBm) | -30 dBm 到 10 dBm |
輸出阻抗 | 50 Ω |
微波合成器數量 | 3 個(每通道對共享1個) |
D/A 轉換 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍內插后) |
輸出電壓準度 | ±(設置值的1 dBm) |
波形生成 | |
AWG 內核 | 每通道1個 |
波形垂直分辨率 | 14-bit 模擬 + 2-bit 數字標記 |
波形存儲 | 每通道 98 kSa |
定序器指令長度 | 每個 AWG 內核 32k 指令 |
AWG 采樣率 | 2 GSa/s |
最小波形長度 | 32 Sa |
量子分析儀信號輸出 | |
RF 輸出數量 | 1 |
頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
信號帶寬 | > 1 GHz |
輸出范圍（dBm） | -30 dBm to 10 dBm |
輸出阻抗 | 50 Ohm |
微波合成器數量 | 1 (與輸入通道共享) |
D/A 轉換 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍內插后) |
輸出電壓準度 | ±(設置值的 1 dBm) |
讀取脈沖發生器 | |
讀取脈沖發生器數量 | 1 |
定序能力 | 高級定序，支持循環和動態跳轉，高級觸發控制，時間交錯讀取 |
波形存儲單元1 | 每通道 8 個單元，一共 32 kSa 存儲 |
或者16 個單元，一共 64 kSa 存儲 (需要 SHFQC-16W 選件) | |
振蕩器 | 1 (spectroscopy 模式下可配置) |
量子分析儀信號輸入 | |
RF 輸入數量 | 1 |
頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
信號帶寬 | > 1 GHz |
輸出阻抗 | 50 Ω |
微波合成器數量 | 1 (與輸出通道共享) |
輸入電壓噪聲 | < 2.2 nV/√Hz (<-160 dBm / Hz) @ -50 dBm |
輸入量程 (dBm) | -50 dBm 到10 dBm (校準后) |
A/D 轉換 | 14-bit，4 GSa/s |
量子比特測量單元 | |
匹配濾波器 | 每通道 8 個單元1，一共 32 kSa 存儲 |
或者16 個單元，一共 64 kSa 存儲 (需要 SHFQC-16W 選件) | |
多態鑒別 | 最多4個鑒別器 |
反饋延遲 | 350 ns (最后一個采樣點進入到第一個采樣點輸出) |
數據記錄器 | 存儲: 219 點，平均次數最大 216 |
示波器 | 存儲: 單通道時， 218 復值采樣點； 2通道時， 217 復值采樣點；3或4通道時， 216 復值采樣點 |
平均次數: 最大 216 | |
數字標記和觸發 | |
數字標記輸出 | 每輸出/輸入通道各一個，SMA 前面板 |
數字標記輸出電壓 | 0 V (低)，3.3 V (高) |
數字標記輸出阻抗 | 50 Ω |
數字標志輸出上升沿時間 | 300 ps (20% to 80%) |
觸發輸入 | 每輸出/輸入通道各一個，SMA 前面板 |
觸發輸入阻抗 | 50 Ω / 1 kΩ |
1 所有的存儲單元均可自由配置和觸發。每個單元最優對應4096個復值采樣點。 |
四、應用領域
量子計算應用
控制量子比特，支持單量子比特門和多量子比特門
頻分復用讀取
單發色散讀取
快速量子比特和諧振腔譜測量和系統表征
實時，低延時反饋，支持全域內快速操作和量子糾錯協議
支持的量子比特類型
超導量子比特
自旋/超導諧振腔混合量子比特
Qubits，qutrits 和 ququads
其他應用
放大器噪聲表征
微波系統校準
五、功能圖解
