静电定义的量子点器件的调谐可分为三个阶段。第一阶段是超粗调,包括设置栅极电压以创建电子或空穴的限制势。第二阶段称为粗调,侧重于识别和导航量子点器件的不同工作模式。第三阶段称为微调,涉及优化一组特定的电荷跃迁。最近已经实现了第一调谐阶段的完全自动化 [7]。已经证明了使用卷积神经网络进行自动粗调可以识别双量子点模式 [8] 并达到任意电荷状态 [9]。模板匹配也用于导航到单电子模式 [10]。在此阶段,可以使用虚拟栅极电极独立控制每个量子点的电化学势 [11, 12]。先前的自动微调研究主要集中在通过系统地修改栅极电压来实现两个量子点之间隧道耦合的目标值 [ 13 , 14 ]。然而,这些方法只能优化从执行的测量中轻松估计的设备参数,并且依赖于校准。
5.1 前面板控件和指示器(见图 5.1)....................................................... 20 电源开启...................................................................................................... 20 火焰开启...................................................................................................... 20 空白...................................................................................................... 20 灵敏度细调和粗调...................................................................................... 20 燃料............................................................................................................. 20 Na、K、Li ...................................................................................................... 20 小数............................................................................................................. 20 功率 0/1 ...................................................................................................... 20
对静电定义的半导体量子点进行了深入研究,以进行固态量子计算[1-4]。栅极电极旨在分别控制电化学电位和隧道屏障[5,6]。但是,这些设备参数在非单调方面变化,并且并不总是可以通过应用的门电压来预测,从而使设备调整为复杂且耗时的任务。全自动设备调整对于半导体Qubit电路的可扩展性至关重要。调整静电定义的量子点设备可以分为三个阶段。第一个阶段是超粗调节,它包括设置栅极电压,以创建电子或孔的结合潜力。第二阶段(称为粗调)着重于识别和导航量子点设备的不同操作机制。第三阶段,称为精细调整,涉及优化特定的电荷转换集。最近已经实现了第一个调整阶段的完整自动化[7]。使用卷积神经网络证明了自动粗调调谐,以识别双量子点状态[8]并达到任意电荷状态[9]。模板匹配也用于导航到单电子制度[10]。在此阶段,虚拟栅极电极可用于独立控制每个量子点的电化学电位[11,12]。但是,这些方法仅允许优化从执行的测量值估算并依赖校准的设备参数。vae以前关于自动调节的工作重点是通过系统修改栅极电压来实现两个量子点之间隧道耦合的目标值[13,14]。在这里,我们演示了一种自动化方法,用于同时调整多个设备参数,例如隧道速率和点间隧道耦合,而无需参数化所需的测量功能。我们的方法基于变异自动编码器(VAE)。
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YK 1265 是一款 60 kW 带外腔的电视速调管,已在电视发射机中验证了数年,并已在连续波应用中验证了上百次。由于其紧凑的设计,电磁聚焦所需的功率仅为 1 kW 左右。收集器适用于蒸汽、蒸汽冷凝或水冷却。该管可与固定频率腔一起使用(仅可调约490-510 MHz),专为 500 MHz 应用而设计,或与标准腔一起使用。这些腔体的优点是可以使用数字频率指示器进行连续可调,以便进行粗调,从而为连续波操作提供 470 Mhz 至 810 MHz 的频率范围。输出耦合可在很宽的范围内调节,以优化所有应用。有了改进的腔体、漂移管和插座空气冷却系统,速调管不需要单独的漂移管 5 管。所需空气约为。3.2 m /min,压降为 5.5 mbar 或 550 Pa。可实现 65 kW 的饱和输出功率,饱和效率为 45 k。增益大于 40 dB。束流电压为 25.5 kV,束流为 5.7 A。方便的备件储存和快速的库存交货是使用标准 TV 速调管及其标准配件进行连续波操作的两个优点。YK 1265 拥有经过充分验证的技术和长寿命预期。由于 YK 1265 的设计没有改变,因此监测体电流将有助于简化调谐过程。
2 Google Quantum AI,加利福尼亚州戈利塔 超导量子处理器是最先进的量子计算技术之一。基于这些设备的系统已经实现了后经典计算 [1] 和量子纠错协议的概念验证执行 [2]。虽然其他量子比特技术采用自然产生的量子力学自由度来编码信息,但超导量子比特使用的自由度是在电路级定义的。当今最先进的超导量子处理器使用 transmon 量子比特,但这些只是丰富的超导量子比特之一;在考虑大规模量子计算机的系统级优化时,替代量子比特拓扑可能会证明是有利的。在这里,我们考虑对 Fluxonium 量子比特进行低温 CMOS 控制,这是最有前途的新兴超导量子比特之一。图 29.1.1 比较了 transmon 和 Fluxonium 量子比特。 transmon 是通过电容分流约瑟夫森结 (JJ) 实现的,是一种非线性 LC 谐振器,其谐振频率为 f 01,非谐性分别在 4-8GHz 和 200-300MHz 范围内。transmon 有限的非谐性约为 5%,限制了用于驱动量子比特 f 01 跃迁的 XY 信号的频谱内容,因为激发 f 12 跃迁会导致错误。以前的低温 CMOS 量子控制器通过直接 [3,4] 或 SSB 上变频 [5,6] 复杂基带或 IF 包络(例如,实施 DRAG 协议)生成光谱形状的控制脉冲;这些设备中高分辨率 DAC 的功耗和面积使用限制了它们的可扩展性。fluxonium 采用额外的约瑟夫森结堆栈作为大型分流电感。这样就可以实现 f 01 频率为 ~1GHz 或更低的量子比特,而其他所有跃迁频率都保持在高得多的频率(>3GHz,见图 29.1.1)[7]。与 transmon 相比,fluxonium 的频率较低且非谐性较高,因此可以直接生成低 GHz 频率控制信号,并放宽对其频谱内容的规范(但需要更先进的制造工艺)。在这里,我们利用这一点,展示了一种低功耗低温 CMOS 量子控制器,该控制器针对 Fluxonium 量子比特上的高保真门进行了优化。图 29.1.2 显示了 IC 的架构。它产生 1 至 255ns 的微波脉冲,具有带宽受限的矩形包络和 1GHz 范围内的载波频率。选择规格和架构是为了实现优于 0.5° 和 0.55% 的相位和积分振幅分辨率,将这些贡献限制在平均单量子比特门错误率的 0.005%。它以 f 01 的时钟运行,相位分辨率由 DLL 和相位插值器 (PI) 实现,而包络精度则由脉冲整形电路实现,该电路提供粗调振幅和微调脉冲持续时间(与传统控制器不同,使用固定持续时间和精细幅度控制)。数字控制器和序列器可播放多达 1024 步的门序列。图 29.1.2 还显示了相位生成电路的示意图。DLL 将这些信号通过等延迟反相器缓冲器 (EDIB) 后,比较来自电压控制延迟线 (VCDL) 的第一个和第 31 个抽头的信号。这会将 CLK[0] 和 CLK[30] 锁定在 180°,并生成 33 个极性交替的等延迟时钟信号。使用 CLK[30] 而不是 CLK[32] 来确保在 PFD 或 EDIB 不匹配的情况下实现全相位覆盖,这可能导致锁定角低于 180°。一对 32b 解复用器用于选择相邻的时钟信号(即 CLK[n] 和 CLK[n+1]),开关和 EDIB 网络用于驱动具有可选极性的 PI。 PI 单元由多路复用器和限流反相器组成。32 个单元并联组合,所选相位之间的权重由驱动多路复用器阵列的温度计编码的 31b 值设置(第 32 个反相器始终由 CLK[n] 驱动)。相位生成电路具有 11b 控制,可提供实现 0.5° 精度的裕度。图 29.1.3 显示了脉冲整形器原理图。它接收相移时钟并应用可编程幅度和持续时间的矩形包络。SW1 用于门控数字 CW 信号。然后,门控信号由一个电路缓冲和衰减,该电路由可变电阻器 R 0(16 个值,从 10 到 170kΩ)组成,通过 2:1 双调谐变压器连接到 50Ω 负载。该电路将可用功率降低了约 17 至 29dB,同时提供 50Ω 输出匹配并过滤脉冲频谱,为信号包络引入几纳秒的指数上升和下降时间,适用于大量子比特非谐性。R 0 、CP 和 CS 通过 SPI 总线进行编程,以进行静态预调谐。但是,提供了一个 0 至 18dB 衰减器电路,步长为 6dB,用于实时粗调幅度。输出端集成了 SW2,以提供额外的开-关隔离。PI 单元由多路复用器和限流反相器组成。32 个单元并联组合,所选相位之间的权重由驱动多路复用器阵列的温度计编码的 31b 值设置(第 32 个反相器始终由 CLK[n] 驱动)。相位生成电路具有 11b 控制,可提供实现 0.5° 精度的裕度。图 29.1.3 显示了脉冲整形器原理图。它接收相移时钟并应用可编程幅度和持续时间的矩形包络。SW1 用于门控数字 CW 信号。然后,门控信号由一个电路缓冲和衰减,该电路由可变电阻器 R 0(16 个值,从 10 到 170kΩ)组成,通过 2:1 双调谐变压器连接到 50Ω 负载。该电路将可用功率降低了约 17 至 29dB,同时提供 50Ω 输出匹配并过滤脉冲频谱,为信号包络引入几纳秒的指数上升和下降时间,适用于大量子比特非谐性。R 0 、CP 和 CS 通过 SPI 总线进行编程,以进行静态预调谐。但是,提供了一个 0 至 18dB 衰减器电路,步长为 6dB,用于实时粗调幅度。输出端集成了 SW2,以提供额外的开-关隔离。PI 单元由多路复用器和限流反相器组成。32 个单元并联组合,所选相位之间的权重由驱动多路复用器阵列的温度计编码的 31b 值设置(第 32 个反相器始终由 CLK[n] 驱动)。相位生成电路具有 11b 控制,可提供实现 0.5° 精度的裕度。图 29.1.3 显示了脉冲整形器原理图。它接收相移时钟并应用可编程幅度和持续时间的矩形包络。SW1 用于门控数字 CW 信号。然后,门控信号由一个电路缓冲和衰减,该电路由可变电阻器 R 0(16 个值,从 10 到 170kΩ)组成,通过 2:1 双调谐变压器连接到 50Ω 负载。该电路将可用功率降低了约 17 至 29dB,同时提供 50Ω 输出匹配并过滤脉冲频谱,为信号包络引入几纳秒的指数上升和下降时间,适用于大量子比特非谐性。R 0 、CP 和 CS 通过 SPI 总线进行编程,以进行静态预调谐。但是,提供了一个 0 至 18dB 衰减器电路,步长为 6dB,用于实时粗调幅度。输出端集成了 SW2,以提供额外的开-关隔离。