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QCCS 量子計算控制系統(tǒng)

QCCS 遵循模塊化的系統(tǒng)控制方法，即根據(jù)量子系統(tǒng)的規(guī)模和量子比特技術(shù)將不同的儀器組合在一起并作為一個整體進(jìn)行控制。QCCS 中儀器的類型和數(shù)量可以根據(jù)不同需求來進(jìn)行調(diào)整，量子系統(tǒng)可作為一個整體由單個軟件接口 LabOne Q 進(jìn)行同步并控制。 這種方法大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和控制的工作量，如減少裝配集成，系統(tǒng)校準(zhǔn)和硬件編程需要的時間，因此用戶可以更加集中精力專注于量子計算的物理問題。該方法的另一個顯著優(yōu)勢是能夠在控制軟件中并行執(zhí)行任務(wù)，并將任務(wù)排隊以優(yōu)化量子設(shè)備的運(yùn)行時間。

使用 QCCS，用戶可以

  • 可以從電路級和門級軟件開發(fā)套件（SDK）著手，逐步向?qū)⒘孔佑嬎銠C(jī)與應(yīng)用軟件對接，進(jìn)而將應(yīng)用軟件在遠(yuǎn)程計算機(jī)，研究機(jī)構(gòu)的局域網(wǎng)內(nèi)或云中使用。
  • 控制底層的脈沖信號和信號采集來實(shí)現(xiàn)各種量子信息處理實(shí)驗(yàn)，例如糾錯協(xié)議，表面代碼或隨機(jī)基準(zhǔn)測試。


LabOne Q 軟件架構(gòu)同時支持以上兩個方面，可實(shí)現(xiàn)快速調(diào)諧，反復(fù)自動校準(zhǔn)和自定義實(shí)驗(yàn)。


全量子堆棧

量子堆棧將硬件和軟件整合為一體。不同量子計算機(jī)用戶對量子堆棧有不同的需求。量子化學(xué)科研人員最感興趣的可能是量子堆棧的最高層，理論物理學(xué)家可能對的量子編譯器和匯編器的編碼更感興趣，而實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家可能更想知道這些算法如何在硬件上實(shí)現(xiàn)以及如何處理測量結(jié)果并返回給用戶。量子堆棧中的信息流，包括硬件設(shè)置，時序和數(shù)據(jù)，必須精細(xì)管理和控制，以確保同步性，并行性以及理想的用戶體驗(yàn)，即堆棧的每一層都能準(zhǔn)確無誤地運(yùn)行。

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系統(tǒng)架構(gòu)

量子計算控制系統(tǒng)（QCCS）將軟件和硬件整合到一個系統(tǒng)中，從而有效地銜接高級量子算法與來自物理系統(tǒng)的模擬信號。 QCCS 包括：

  • PQSC 可編程量子系統(tǒng)控制器，可同步和控制多達(dá) 18 個 HDAWG。
  • UHFQA 量子分析儀，采用最先進(jìn)的濾波器技術(shù)，可同時讀取多達(dá) 10 個量子比特。
  • HDAWG 任意波形發(fā)生器，高密度任意波形發(fā)生器 (4 或 8 通道)，適用于量子比特控制。
  • SHFSG 信號發(fā)生器，直接輸出低噪聲微波脈沖，無需校準(zhǔn)混頻器，適用于高保真度量子比特控制。
  • SHFQA 量子分析儀，提供多達(dá) 64 個超導(dǎo)或自旋量子比特的完全實(shí)時讀取。
  • SHFQC 量子測控一體機(jī)，在一臺設(shè)備中集成控制與讀取多達(dá) 6 個超導(dǎo)量子比特。
  • HDIQ IQ 調(diào)制器，借助第三方本機(jī)振蕩器將任意波形的中頻信號轉(zhuǎn)換為任意波形的微波信號。

軟件架構(gòu)

Zurich Instruments LabOne Q 軟件為用戶提供了脈沖層次的訪問權(quán)限，并以此為基本抽象層及整個系統(tǒng)的切入點(diǎn)。脈沖級抽象層實(shí)現(xiàn)了對脈沖的參數(shù)控制，實(shí)時和近實(shí)時動態(tài)脈沖更新，以及在更高級別上回調(diào)到用戶定義的脈沖庫。用戶可以定義和優(yōu)化不同的脈沖組合以實(shí)現(xiàn)單量子門和全量子電路，并以此為模板用于其它量子信息處理實(shí)驗(yàn)。

量子信息處理實(shí)驗(yàn)可以在 LabOne Q 軟件界面上以 Python 的領(lǐng)域特定語言（DSL）表示，也可以直接以與語言無關(guān)的數(shù)據(jù)格式（JSON）表示。 LabOne Q 軟件界面具有 Python 和 JSON 的聲明式編程，而不是命令式編程，從而明確區(qū)分 Zurich Instruments 和客戶軟件，因此方便調(diào)試。 LabOne Q 軟件的后端負(fù)責(zé)各個蘇黎世儀器產(chǎn)品和第三方設(shè)備的編程和同步，實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行以及測量結(jié)果的檢索。

借助 Python Jupyter Notebook 和 JSON 框架中的豐富示例，用戶可以使 Zurich Instruments 量子計算控制電子設(shè)備過渡到門級控制，并實(shí)現(xiàn)快速調(diào)諧和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。

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與其他量子框架的接口

與不同的量子框架的接口對于發(fā)揮量子計算機(jī)的全部潛力至關(guān)重要。蘇黎世儀器致力于最大程度地支持不同種量子框架接口。LabOne Q 軟件的脈沖級抽象層構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用前端的理想接口，因?yàn)樗谄帘斡布?xì)節(jié)的同時，如果需要的話，允許逐樣本控制。通過大量的文檔，代碼設(shè)計和示例， 用戶可以輕松地用其它軟件定義 QCCS 硬件。


當(dāng)今可用的量子計算軟件工具集在不斷地增長，如 Qiskit，QCoDeS 和 PycQED。借助 LabOne Q 軟件界面，用戶將直接受益于這些豐富的工具集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)量子電路的編碼，優(yōu)化和可視化。因?yàn)?LabOne Q 軟件支持跨量子硬件和經(jīng)典硬件的工作流程，并將測量結(jié)果，儀器設(shè)置，環(huán)境參數(shù)和算法記錄在數(shù)據(jù)庫中。


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廣州綠測電子科技有限公司（簡稱：綠測科技）成立于2015年11月，是一家專注于耕耘測試與測量行業(yè)的技術(shù)開發(fā)公司。綠測科技以“工程師的測試管家”的理念向廣大客戶提供專業(yè)的管家服務(wù)。綠測科技的研發(fā)部及工廠設(shè)立于廣州番禺區(qū)，隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，先后在廣西南寧、深圳、廣州南沙、香港等地設(shè)立了機(jī)構(gòu)。綠測科技經(jīng)過深耕測試與測量領(lǐng)域多年，組建了一支經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊，可為廣大客戶提供品質(zhì)過硬的產(chǎn)品及測試技術(shù)服務(wù)等支持。

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