Zurich Instruments 的 SHFQA 量子分析儀，作為獨立單體儀器，具備完整的實時量子態(tài)讀取功能，最多可讀取高達 64 個超導和自旋量子比特。 SHFQA的頻率范圍為 0.5 - 8.5 GHz，分析帶寬為 1 GHz，且無需混頻器校準。SHFQA 具有 2 個或 4 個讀取通道，每個通道均可以分析多達 16 個量子比特，8 個 qutrit 或 5 個 quaquad。對于 2 通道 SHFQA，此功能需要配備 SHFQA-16W 選件。

SHFQA 憑借其先進的定序器和低延遲信號處理鏈，包含匹配濾波和結(jié)果關(guān)聯(lián)運算，能夠以最佳的信噪比和最低的延遲實現(xiàn)多量子態(tài)鑒別。SHFQA 可以將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)狡渌麅x器，以實現(xiàn)有效的 qubit 復位或全局糾錯協(xié)議。通過作用包括用戶界面，應用程序接口 (API) 和 LabOne QCCS 控制軟件的 LabOne 軟件組件，SHFQA 可支持規(guī)模從幾個至幾百個量子比特的量子計算系統(tǒng)。

量子計算應用

• 頻率復用量子態(tài)讀取
• 單發(fā)色散量子態(tài)讀取
• 共振光譜和表征
• 實時，低延遲和全局反饋式量子糾錯

支持的量子比特類型

• 超導量子比特
• 自旋量子比特/超導諧振腔混合型量子比特
• 運用 2 量子態(tài)，3 量子態(tài)和和 4 量子態(tài)的量子比特

其他應用

• 放大器噪聲表征
• 第三方 IQ 混頻器校準

高保真度快速讀取

SHFQA 通過脈沖測量方式來確定被測設(shè)備的傳輸幅度和相位。SHFQA 通過兩種方法最大化信噪比 (SNR)：脈沖整形和匹配濾波。使用任意波形發(fā)生器進行脈沖整形，即使對于響應速度較慢的設(shè)備，也可以最大程度地縮短振鈴時間。

可擴展的量子比特讀取儀器

無需混頻器校準的頻率上轉(zhuǎn)換，高達 8.5 GHz

當讀取耦合至相同諧振腔的多個量子比特的量子態(tài)時，如果頻率設(shè)置點未經(jīng)優(yōu)化，即使雜散很小，也可能導致量子態(tài)讀取的串擾或讀出信號過小。由于 SHFQA 的雙超外差上變頻方案采用的是濾波而不是干涉的方法，因此頻帶更寬，相對于標準的 IQ 混頻方案其線性度更優(yōu)。SHFQA 即使只用于輸出單一頻率，其雜散也低于使用標準的 IQ 混頻方案，因此可實現(xiàn)開機即用。SHFQA 的突出特點在于，性能穩(wěn)定且不需要繁瑣的混頻器校準。這種混頻方案與 1 GHz 的分析帶寬相結(jié)合， 顯著提高了設(shè)計用于頻率復用量子態(tài)讀取的諧振腔共振頻率的靈活性；這一方案極大簡化了系統(tǒng)的調(diào)試和維護。

通過為每個濾波器設(shè)置一個可編程的，4 kSa 長的權(quán)重函數(shù)，SHFQA 可以使其數(shù)字濾波器的階躍響應與待測器件的瞬態(tài)響應匹配。與簡單的未加權(quán)積分相比，應用合適匹配濾波器可顯著提高 SNR。此外，實時信號分析鏈還可以鑒別單個量子比特的多量子態(tài) (多達 4 個量子態(tài))，且直接獲得量子態(tài)的關(guān)聯(lián)結(jié)果。

為了實現(xiàn)高集成度，SHFQA 可以與其他儀器共用操作界面，例如，低延遲 32 位 DIO VHDCI 接口可將多量子比特的量子態(tài)前饋到幾個 HDAWG，以實現(xiàn)快速有效的量子比特復位。對于多量子比特系統(tǒng)，可以通過將多個SHFQA，SHFSG，HDAWG，HDIQ 和 PQSC 組合在一起，以形成可擴展的量子計算控制系統(tǒng) (QCCS)。Zurich Instruments 的 ZSync 接口可通過中央 PQSC 將SHFQA 連接到 QCCS 中的所有其他儀器，這對于全局糾錯協(xié)議具有至關(guān)重要的意義。

量子系統(tǒng)控制軟件

LabOne QCCS 控制軟件是 QCCS 的重要組成部分，它可以將 SHFQA 完全整合到新的或現(xiàn)有的設(shè)備。SHFQA 作為獨立的儀器，可以完全通過 LabOne 和 API (Python，C，MATLAB?，LabVIEW? 和 .NET 進行操控。擴展的示例庫將使用戶更輕松地將 SHFQA 整合到已有的測量框架。LabOne 數(shù)據(jù)服務(wù)器提供的強大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理功能，使軟件堆棧中與用戶交互的部分既簡單直觀，又易維護。

功能圖解