SHFQC+ 8.5GHz 量子测控一体机
一、简介：
瑞士Zurich Instruments的SHFQC+量子测控一体机集成了 SHFQA+量子分析仪和SHFSG+信号发生器，以及实时示波器、快速扫频、脉冲级定序等功能于一身，可以同时进行控制、读取和快速反馈多达6个超导量子比特。SHFQC+的控制通道有3种配置以实现不同的实验需求，每一个通道都有一个单独的定序器，可以编程控制波形的相位和时序，可控制或耦合量子比特，并且可以快速响应读取信号。
二、产品特点
主要特点
频率范围：DC - 8.5GHz
1GHz瞬时带宽，无需混频器校准
2、4或6个控制输出通道
1个读取输入输出通道，可控制和读取qubit，qutrit和ququad
仪器内即可完成反馈测控，延时350ns
实时信号处理链路，具有匹配滤波器和多态鉴别功能
配套控制软件LabOne®，LabOne Q和Python APIs
产品亮点
①高保真量子比特操控和读取
工作频率高达8.5GHz，SHFQC+采用双超外差上下变频技术，而非IQ混频方案，以滤波而非介入的形式实现频谱纯净，因此它的工作频段更宽，线性度更高。SHFQC+可以输出无杂散和稳定的信号，瞬时带宽高达1GHz，无需混频器校准，节约系统维护时间。
②高效的工作流程和资源管理
SHFQC+的控制和读取通道支持用最少量的波形产生最复杂的信号序列。用户可以用描述波形参数的形式来定义需要的信号，以最节省波形存储空间的方式对SHFQC+的信号发生器进行编程。对于具有多个量子比特的系统，需要多台SHFQC+时，这样的方式可以确保复杂的调谐和校准步骤仅需最低的仪器通信时间即可完成。
③快速高保真读取
SHFQC+可以用脉冲信号来表征待测器件的幅度和相位传输特性。可用两个方法来最大化信噪比：脉冲整形和匹配滤波。脉冲整形基于任意读取信号发生器，可以最小化上升沿和下降沿的振荡，即使器件本身响应很慢。
④可扩展的系统方案
SHFQC+的设计可以操控6个频率固定的qubits/qutrits或5个ququads。如果要更好地支持其他类型的量子比特或集成到大型的量子系统，SHFQC+也可以很方便地与其他仪器互联。
⑤量子系统控制软件
作为量子计算测控系统的一部分时，SHFQC+可以通过LabOne Q软件完美地集成到已有的或新的系统中。作为一个自成一体的设备时，SHFQC+可以通过LabOne或Python APIs高效控制。
SHFQC+可选选件：
①SHFQC-16W积分权重扩展选件
主要特点
把积分权重模块数量从8个升级到16个
把波形存储模块数量从8个升级到16个
可同时读取16个qubit或8个qutrit或5个ququad
②SHFQC-RTR输出路由器和加法器选件
可将三个额外的数字信号单元的信号路由并添加到任何输出
每个路由信号具有独立的幅度和相位控制能力
能够单独启用每个路由信号
溢出指示器用于警示添加的信号使DAC饱和
将SHFQC2和SHFQC4的数字信号单元增加到6个
三、产品参数
一般指标 | |
控制通道数量 | 2/4/6 个信号发生器通道 |
读取通道数量 | 1 个量子分析仪通道 |
(1个输出通道，1个输入通道) | |
尺寸 | 449 x 460 x 145 mm (19英寸标准机架) |
17.6 x 18.1 x 5.7 inch | |
重量 | 15 kg (33 lb) |
电源 | AC: 100-240 V, 50/60 Hz |
连接接口 | SMA 前后面板，用于触发，信号和外接时钟 |
32位宽 DIO | |
2 个 ZSync 接口 | |
LAN/Ethernet, 1 Gbit/s | |
USB 3.0 | |
Maintenance USB | |
信号发生器和信号输出 | |
RF输出数量 | 2/4/6 (可在线升级)， 最多 6 个 |
频率范围 | DC - 8.5 GHz |
信号带宽 | > 1 GHz |
输出范围 (dBm) | -30 dBm 到 10 dBm |
输出阻抗 | 50 Ω |
微波合成器数量 | 3 个(每通道对共享1个) |
D/A 转换 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍内插后) |
输出电压准度 | ±(设置值的1 dBm) |
波形生成 | |
AWG 内核 | 每通道1个 |
波形垂直分辨率 | 14-bit 模拟 + 2-bit 数字标记 |
波形存储 | 每通道 98 kSa |
定序器指令长度 | 每个 AWG 内核 32k 指令 |
AWG 采样率 | 2 GSa/s |
最小波形长度 | 32 Sa |
量子分析仪信号输出 | |
RF 输出数量 | 1 |
频率范围 | 0.5 - 8.5 GHz |
信号带宽 | > 1 GHz |
输出范围（dBm） | -30 dBm to 10 dBm |
输出阻抗 | 50 Ohm |
微波合成器数量 | 1 (与输入通道共享) |
D/A 转换 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍内插后) |
输出电压准度 | ±(设置值的 1 dBm) |
读取脉冲发生器 | |
读取脉冲发生器数量 | 1 |
定序能力 | 高级定序，支持循环和动态跳转，高级触发控制，时间交错读取 |
波形存储单元1 | 每通道 8 个单元，一共 32 kSa 存储 |
或者16 个单元，一共 64 kSa 存储 (需要 SHFQC-16W 选件) | |
振荡器 | 1 (spectroscopy 模式下可配置) |
量子分析仪信号输入 | |
RF 输入数量 | 1 |
频率范围 | 0.5 - 8.5 GHz |
信号带宽 | > 1 GHz |
输出阻抗 | 50 Ω |
微波合成器数量 | 1 (与输出通道共享) |
输入电压噪声 | < 2.2 nV/√Hz (<-160 dBm / Hz) @ -50 dBm |
输入量程 (dBm) | -50 dBm 到10 dBm (校准后) |
A/D 转换 | 14-bit，4 GSa/s |
量子比特测量单元 | |
匹配滤波器 | 每通道 8 个单元1，一共 32 kSa 存储 |
或者16 个单元，一共 64 kSa 存储 (需要 SHFQC-16W 选件) | |
多态鉴别 | 最多4个鉴别器 |
反馈延迟 | 350 ns (最后一个采样点进入到第一个采样点输出) |
数据记录器 | 存储: 219 点，平均次数最大 216 |
示波器 | 存储: 单通道时， 218 复值采样点； 2通道时， 217 复值采样点；3或4通道时， 216 复值采样点 |
平均次数: 最大 216 | |
数字标记和触发 | |
数字标记输出 | 每输出/输入通道各一个，SMA 前面板 |
数字标记输出电压 | 0 V (低)，3.3 V (高) |
数字标记输出阻抗 | 50 Ω |
数字标志输出上升沿时间 | 300 ps (20% to 80%) |
触发输入 | 每输出/输入通道各一个，SMA 前面板 |
触发输入阻抗 | 50 Ω / 1 kΩ |
1 所有的存储单元均可自由配置和触发。每个单元最优对应4096个复值采样点。 |
四、应用领域
量子计算应用
控制量子比特，支持单量子比特门和多量子比特门
频分复用读取
单发色散读取
快速量子比特和谐振腔谱测量和系统表征
实时，低延时反馈，支持全域内快速操作和量子纠错协议
支持的量子比特类型
超导量子比特
自旋/超导谐振腔混合量子比特
Qubits，qutrits 和 ququads
其他应用
放大器噪声表征
微波系统校准
五、功能图解
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