Spectrum儀器旗下AWG卡在光鑷陣列中將原子定位為量子位

中國北京，2024年6月12日訊 —— 創建量子計算機（QC）的方法有很多，凱澤斯勞滕理工大學在Rymax One合作中采用的方法就是創建一個由單個原子組成的陣列，并將這些原子作為量子位使用。然而，其挑戰在于每個原子的定位必須十分精準。因此，凱澤斯勞滕理工大學使用了激光，并將每個原子都有效地鎖定在激光束中心，如同光鑷陣列一樣。然而，對每個激光束的移動進行逐點編程需要大量的編程和數據。為此，Spectrum儀器推出了全新的直接數字頻率合成（DDS）固件選項，通過幾個簡單的命令就能控制激光的位置。這些命令定義了開始和終止時的參數，因此避免了大量耗時的數據計算。

物理學博士 Jonas Witzenrath 表示：“該產品對推動我們的研究進展產生了巨大的影響。全新的DDS選項不僅使我們取得了快速的進展，還能簡化系統的復雜性，使我們能夠更加專注于研究。接下來，我們將通過DDS固件的動態特性對靜態二維陣列中的原子進行重新排序。”此外，Jonas 將使用任意波形發生器(AWG)來生成理想的紫外激光脈沖，以精確控制量子位之間的交互。”

"DDS已經成為我們項目中的重要工具。此外，我們還發現DDS靈活的特性使它還適用于實驗室的其他功能，所以這也節省了我們購買脈沖激光和調制生成器等其它設備的費用。為了開發DDS功能，我們與Spectrum儀器公司展開了密切的合作。目前，我們也正在努力擴大DDS功能在實驗室研究中的其他用途，使其發揮最大潛力。”

他補充到：“Spectrum旗下的AWG卡模擬性能卓越、內存大且傳輸速度非常快，因此成為了量子研究的首選解決方案。傳輸速度對于實驗而言非常重要，因為在計算重新排列的波形并將其傳輸到卡上這段時間實驗必須暫停。Spectrum儀器的AWG卡憑借卓越的傳輸速度，使其在同類產品中脫穎而出，這也是該產品在AMO/QC社群中被廣泛使用的主要原因。此外，AWG卡的操作速度也尤為重要。快速AWG存在數十毫秒的固有延遲或較大的抖動問題，這會導致系統在校正和重新校正時不準確或需要更長的處理時間。DDS固件使Spectrum的AWG能夠在20微秒內生成命令，得益于固有的定時，這些命令實際上是無抖動的。”

在一個實驗示例中，Spectrum儀器M4i.6631-x8 AWG卡被用于驅動一個聲光偏轉器（AOD）以產生一個鑷子來捕獲原子。AOD是通過一個約為82MHz的射頻信號驅動。在當前設置中，射頻信號每改變1MHz，就會使鑷子沿S形頻率斜坡在100μs內移動8μm以最小化加熱效應。在此期間，信號的幅度將線性地改變以補償光強度的變化。

DDS固件選項DDS

DDS是通過單個固定頻率參考時鐘生成任意周期正弦波的方法。該技術被廣泛使用于信號生成類應用中。用戶能夠通過Spectrum儀器提供的DDS選項，定義每張AWG卡上的23個DDS核心。這些核心隨后會被發送至硬件輸出通道。用戶可以對每個DDS核心（正弦波）的頻率、幅度、相位、頻率斜率和幅度斜率進行編程。DDS輸出能夠與外部觸發事件或與分辨率為6.4ns的可編程定時器同步。

在DDS模式下，AWG可作為多音DDS信號的發生器。該設備內置4GB內存和快速DMA傳輸模式，使DDS命令的傳輸速度高達每秒1000萬條。這種獨特的能力讓用戶能夠通過簡單易用的DDS命令靈活地執行用戶自定義斜率（例如S形）以及各種調制類型（例如FM和AM）。

廣泛應用于量子研究：M4i.6631-x8任意波形發生器，采樣速度為1.25 GS/s，分辨率為16位，雙通道

Rymax One QC 設計

采用光學鑷子將單個鐿原子懸浮在真空中，使其處于里德伯態。Rymax合作專注于量子優化問題，例如最大獨立集問題，以及諸如QAOA或量子退火等算法來尋找解決方案。這使他們能夠為“模擬”量子計算創建優化的硬件。該設計的一個關鍵點是動態控制紫外激光的光，這需要對不同的射頻信號進行完全控制。在此領域，Spectrum儀器公司多年的經驗與積累使其獲得了豐厚的回報。

關于Spectrum儀器

Spectrum儀器公司成立于1989年，采用獨特的模塊化理念設計和生產了200多種數字化儀和發生器產品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨立的以太網設備（LXI）。三十多年來，Spectrum儀器的客戶遍布全球，產品也被眾多行業的領軍企業和知名大學使用。Spectrum儀器總部位于德國漢堡附近，旗下產品均享受5年質保以及來自工程師團隊的卓越服務。

審核編輯 黃宇