量子计算测控系统: 新一代量子分析仪 | Zurich Instruments

实现高效、高保真度量子态读取和构建高度可扩展量子系统是实现量子计算的重要战略目标。Zurich Instruments 将于 2021 年 3 月 4 日在中国区举行网络研讨会，新一代量子比特读取设备——SHFQA 超高频量子分析仪。研讨会的主要内容将覆盖 SHFQA 的原理，优势和实例演示，如单通道读取 16 个量子比特及主动重置反馈。

苏黎世仪器 (Zurich Instruments) 的 SHFQA 是专为读取超导和自旋量子比特的量子态而设计的仪器。作为新一代量子计算测控仪器，SHFQA 结合了微波信号产生和直接量子比特读取，以及实时多量子态鉴别的功能。SHFQA 具有多达 4 个读取通道，应用频率复用的技术，可以快速且高保真地同时读取多量子比特量子态，而无需进行繁冗复杂的混频器校准。得益于 SHFQA 的设计和丰富的功能，一台 SHFQA 最多可读取 64 个量子比特。与其它方案相比，SHFQA不但功能更强，而且减少了所需的仪器设备，简化了连接线配置。

苏黎世仪器发布的新一代量子分析仪 SHFQA 的工作频率可达 8.5 GHz，因此可以直接读取超导和自旋量子比特。SHFQA 能以最优的信噪比实时读取多达 64 个 qubit, 32 个 qutrit 或 20 个 ququad 的量子态。SHFQA 先进的信号分析链路和附加功能，如多量子态鉴别和快速谐振腔扫频，使其可以满足大多数先进量子算法的需求。

随着量子处理器规模的不断扩展和系统复杂度的提高，相应的经典量子态读取仪器的研发面临巨大的挑战。现有的量子比特读取系统一般是结合了微波源，任意波形发生器和模拟混频模块。量子技术应用科学家 Tobias Thiele 博士认为，“保持所有仪器在较长的测量时间内均处于已校准和同步状态是非常必要的，但这通常需要一些额外的维护工作，而因微小的失调或偏移而导致的误差也很难避免。现在假定你计划搭建几百个量子比特的系统，那么有哪些方面需要考虑呢？同轴连接线配置、系统调节，需要多少台仪器 —— 对于大型系统，这些考量异常繁琐。现在SHFQA让我们更容易做决定。SHFQA 具有两种配置版本，分别有 2 个读取通道和 4 个读取通道，每个通道可以鉴别耦合到相同谐振腔的 16 个 qubit, 8 个 qutrit 或 5 个ququad，分析带宽为 1 GHz。产品经理 Paolo Navaretti 博士告诉我们，”SHFQA 的研发结合了量子计算用户的宝贵经验、需求和我们产品研发团队的卓越才智， 它是我们将实验室仪器设备复杂度大幅度降低理念的突出成果。“

作为量子计算测控系统（QCCS) 的一部分，SHFQA 可以无缝集成到新的或已有的量子计算系统中，例如与 HDAWG 任意波形发生器和 PQSC 可编程量子系统控制器联用。借助于 LabOne QCCS 控制软件，SHFQA 可被整合至不同规模和不同连接配置的量子计算系统中，以实现反馈和量子纠错，如快速量子态重置和表面编码 （surface code）。用户可以通过熟悉的 LabOne UI 访问和控制所有仪器，包括读取频率到低延迟信号分析链路的设置。

苏黎世仪器致力于研发最前沿的测试和测量仪器，这些仪器主要用于帮助科研实验室解决非常棘手的测试测量问题。公司研发的核心产品包括锁相放大器、阻抗分析仪、任意波形发生器和首个商用的量子计算测控系统。

苏黎世仪器坚持技术创新，并以此源源不断地为用户提供技术领先的多频段科学仪器，并提供集成的频域时域分析工具。这些技术创新可以降低实验设备的复杂度，帮助用户实现新的测量方案的突破。