摘要 随着扩展成为大规模量子 (LSQ) 计算的关键问题,硬件控制系统的资源成本将变得越来越高。本文介绍了一种适用于自旋量子位的信号生成紧凑型直接数字合成 (DDS) 架构,该架构在波形精度和同步通道数量方面是可扩展的。该架构可以以 5 GS/s 的速度产生斜坡、频率梳和任意波形生成 (AWG) 的可编程组合,最坏情况下的数字反馈延迟为 76.8 ns。基于 FPGA 的系统具有高度可配置性,并利用比特流切换来实现可扩展校准所需的高灵活性。该架构还提供 GHz 速率多路复用 I/Q 单边带 (SSB) 调制,用于可扩展反射测量。该架构已在 Xilinx ZCU111 FPGA 上的硬件中得到验证,展示了复杂信号的混合以及多路复用控制和测量的频率梳生成的质量。这种设计的主要优势在于提高了数模转换器 (DAC) 频率斜坡的控制能力,与现有的基于 AWG 的架构相比,内存需求降低了几个数量级。单通道硬件非常紧凑,默认配置下,一个 DAC 通道仅占用 2% 的 ZCU111 逻辑资源,为集成反馈、校准和量子误差校正 (QEC) 留下了大量电路资源。
扫描隧道显微镜 (STM) 能够在具有原子精度的表面上自下而上地制造定制的自旋系统。当将 STM 与电子自旋共振 (ESR) 相结合时,这些单个原子和分子自旋可以被量子相干地控制并用作电子自旋量子比特。在这里,我们通过沿两个不同方向采用相干控制来展示对表面上这种自旋量子比特的通用量子控制,这通过两个具有明确相位差的连续射频 (RF) 脉冲实现。我们首先展示量化轴上布洛赫矢量的每个笛卡尔分量的变换,然后进行 ESR-STM 检测。然后,我们展示了使用双轴控制方案生成单个自旋量子比特的任意叠加态的能力,其中实验数据与模拟结果高度一致。最后,我们介绍了动态解耦中双轴控制的实现。我们的工作扩展了基于 STM 的脉冲 ESR 的范围,突出了该技术在表面电子自旋量子比特的量子门操作中的潜力。
工业半导体制造已经能够生产具有数十亿至数万亿个晶体管的传统处理器。有趣的是,半导体量子点器件中的量子比特与经典晶体管结构有许多相似之处。利用工业制造技术生产大规模半导体自旋量子比特处理器使半导体量子比特平台成为实现通用量子计算最有希望的候选平台之一。
桑迪亚国家实验室杰出技术人员 Dwight Luhman 博士表示:“桑迪亚国家实验室很高兴成为 Tunnel Falls 芯片的接收者。该设备是一个灵活的平台,使桑迪亚的量子研究人员能够直接比较不同的量子比特编码并开发新的量子比特操作模式,这在以前是不可能做到的。这种复杂程度使我们能够在多量子比特范围内创新新的量子操作和算法,并加快我们在硅基量子系统中的学习速度。Tunnel Falls 的预期可靠性还将使桑迪亚能够快速入职并培训从事硅量子比特技术的新员工。”
Tristan 是一位国际知名的实验物理学家,因其在量子点阵列中相干传输和自旋操控方面的开创性研究而闻名。他在巴黎高等师范学院 (ENS) 的卡斯特勒布罗塞尔实验室 (LKB) 获得博士学位,师从诺贝尔奖获得者 Serge Haroche,随后在代尔夫特理工大学获得博士后奖学金,该大学是自旋量子比特实验研究的先驱中心。在加入 Quobly 担任全职 CTO 之前,Tristan 还曾领导法国国家科学研究中心 (CNRS) 格勒诺布尔的量子自旋量子比特社区。
量子计算(特别是可扩展量子计算和纠错)的一个关键要求是快速且高保真度的量子比特读出。对于基于半导体的量子比特,局部低功率信号放大的一个限制因素是电荷传感器的输出摆幅。我们展示了 GaAs 和 Si 非对称传感点 (ASD),它们专门设计用于提供比传统电荷传感点大得多的响应。我们的 ASD 设计具有与传感器点强烈分离的漏极储液器,这减轻了传统传感器中的负反馈效应。这导致输出摆幅增强 3 mV,这比我们设备传统状态下的响应高出 10 倍以上。增强的输出信号为在量子比特附近使用超低功率读出放大器铺平了道路。
通用量子处理器的实施仍然构成与错误缓解和校正有关的基本问题,该问题要求对主流的平台和计算方案进行调查。通过使用多层次逻辑单元(QUDIT),可以通过分子旋转自然产生。在这里,我们介绍了由单个分子纳米磁体组成的分子自旋量子处理器的蓝图,用作Qudits,放置在适合这些分子的大小和相互作用的超导谐振器中,以实现强大的单个旋转旋转对角度旋转。我们展示了如何在这样的平台中实现一套通用的门,并读取了最终的Qudit状态。单数一个单位(潜在地嵌入多个量子位)是通过快速的经典驱动器实现的,而引入了替代方案,以通过谐振光子交换获得两倍的门。后者与分散方法进行了比较,总体上是一个显着的改进。通过对门序列(例如Deutsch-Josza和量子仿真算法)进行现实的数值模拟来评估平台的性能。非常好的结果证明了向通用量子处理器的分子途径的可行性。
摘要:光生自旋关联自由基对固有的自旋极化使其成为量子计算和量子传感应用的有希望的候选者。可以使用电子顺磁共振波谱仪通过微波脉冲探测和操纵这些系统的自旋态。然而,到目前为止,还没有关于基于磁共振的量子点上光生自旋关联自由基对自旋测量的报道。在当前的工作中,我们制备了染料分子 - 无机量子点共轭物,并表明它们可以产生光生自旋极化态。选择染料分子 D131 是因为它能够进行有效的电荷分离,而选择纳米粒子材料 ZnO 量子点是因为它们有希望的自旋特性。对 ZnO 量子点 - D131 共轭物进行的瞬态和稳态光谱表明正在发生可逆的光生电荷分离。然后对光生自由基对进行瞬态和脉冲电子顺磁共振实验,结果表明:1)自由基对在中等温度下极化,现有理论可以很好地模拟;2)自旋状态可以通过微波脉冲获取和操控。这项工作为一种新型有前途的量子比特材料打开了大门,这种材料可以在极化状态下光生,并由高度可定制的无机纳米粒子承载。
纠缠门是量子计算机的重要组成部分。然而,以可扩展的方式生成高保真门仍然是所有量子信息处理平台的主要挑战。因此,提高这些门的保真度和稳健性一直是近年来的研究重点。在捕获离子量子计算机中,纠缠门是通过驱动离子链的正常运动模式来执行的,从而产生自旋相关力。尽管在提高这些门的稳健性和模块化方面取得了重大进展,但它们仍然对驱动场强度的噪声很敏感。在这里,我们用自旋相关压缩补充了传统的自旋相关位移,这创造了一种新的相互作用,使门能够对驱动场幅度的偏差具有鲁棒性。我们求解一般的汉密尔顿量并分析设计其频谱。我们还赋予我们的门其他更传统的稳健性属性,使其能够抵御许多实际的噪声源和不准确性。
我们想要强调的是,只有当压缩和膨胀冲程以绝热方式进行时,才能获得上述循环在功输出和效率方面的最高性能,正如所述。然而,只有当 λ t 变化非常缓慢时才能满足这一条件,而这反过来会导致发动机的功率输出因循环时间过长而消失。本文的一个主要目标是通过引入 STA 方案来提出一种克服这一困难的方法,以便人们可以在有限的时间内模拟工质的绝热动力学,从而产生有限的功率。此外,我们还将考虑在系统上不施加任何控制的有限时间驱动,这将导致能级之间的非绝热激发,从而导致工质功输出的不可逆损失。