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不完美经典数据的量子读出 - IRIS
摘要：由于错误和写入过程的不完善，在物理支持中对经典数据的编码可以达到某种程度的精度。此外，由于系统的物理或化学不稳定性，存储数据可能会随着时间的推移而发生一定程度的退化。任何读出策略都应考虑到这种自然的不确定性程度并将其影响降至最低。光学数字存储器就是一个例子，其中信息被编码为一组细胞的两个反射值。使用纠缠的量子读取已被证明可以增强理想光学存储器的读出，其中两个级别是完美表征的。在这项工作中，我们分析了存储器构造不完善的情况，并提出了一种优化的量子传感协议，以在存在不精确写入的情况下最大限度地提高读出精度。所提出的策略在现有技术下是可行的，并且对检测和光学损失具有相对稳健性。除了光学存储器之外，这项工作还对生物系统中的模式识别、分光光度法以及从透射/反射光学测量中提取信息的任何情况都有影响。
半导体量子处理器中的量子比特读出
量子比特读出是量子计算机中需要在单个量子比特上实现的三个基本量子操作之一，它具有一量子比特门和二量子比特门。获得具有合理保真度的量子计算结果至关重要。它对于容错量子计算和量子纠错 (QEC) 协议也至关重要，因为它允许见证和追溯计算流程中发生的错误 [1]。在半导体量子电路中，要求量子比特读出保真度高于 99%，速度低于每发一微秒，以保证 QEC 效率并确保具有竞争力的计算运行时间。此外，为了在运行算法时调整测量性能 [4]，需要进行重复 [2] 或量子非破坏性测量 [3]。自旋读出操作的关键性能系数是保真度（或检测效率）、速度（必须快于弛豫时间 T1）以及能够执行读出所需的基本组件数量（储存器、量子点等）。直接测量量子点中捕获的单个电子自旋产生的磁场是一项非常具有挑战性的任务，2000 年初的一项“绝技”实验已经证明了这一点 [5]。除了复杂性之外，它还相当慢（ms），与量子计算不兼容。在半导体中，自旋读出是通过将自旋转换为电荷信息来执行的，并在接近 µs 的时间尺度上探测电子的电荷特性。
具有高输出摆幅的传感点，用于自旋量子位的可扩展基带读出
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。
基于 PNP 的温度传感器，具有连续时间读出和 $\pm$ 0.1 $^{\circ}$ （3） $\sigma$ ) 不准确之处 $-$ 55 $^{\circ}$ C至125 $^{\circ}$ 碳
摘要 — 本文介绍了一种基于 PNP 的温度传感器，它既能实现高能效，又能达到高精度。两个电阻将基于 PNP 的前端产生的 CTAT 和 PTAT 电压转换为两个电流，然后由连续时间 (CT) 16 调制器将其比率数字化。斩波和动态元件匹配 (DEM) 用于减轻元件失配和 1/f 噪声的影响，同时在室温 (RT) 下对 V BE 和两个电阻比率的差异进行数字调整。该传感器采用 0.18 µ m CMOS 工艺制造，面积为 0.12 mm 2 ，电源电压范围为 1.7 至 2.2 V，耗电 9.5 µ A。对同一批次的 40 个样品进行测量表明，在 − 55 ◦ C 至 125 ◦ C 范围内，其误差为 ± 0.1 ◦ C (3 σ )，相应的电源灵敏度仅为 0.01 ◦ C/V。此外，该传感器还具有较高的能效，分辨率品质因数 (FoM) 为 0.85 pJ · K 2 。
适合太空应用的低功耗 SiPM 读出 BETA ASIC
摘要 BETA 专用集成电路 (ASIC) 是一种完全可编程的芯片，旨在放大、整形和数字化多达 64 个硅光电倍增管 (SiPM) 通道的信号，功耗约为 ∼ 1 mW/通道。由于其双路增益，BETA 芯片能够解析信噪比 (SNR) >5 的单个光电子 (phes)，同时实现 ∼ 4000 phes 的动态范围。因此，BETA 可以为太空任务和其他应用中的最大速率低于 10 kHz 的 SiPM 读出提供经济高效的解决方案。在本研究中，我们描述了 BETA ASIC 的主要特性，并对其 16 通道版本的性能进行了评估，该版本采用 130 nm 技术实现。ASIC 还包含两个鉴别器，可以提供触发信号，对于 10 phes，时间抖动低至 400 ps FWHM。对于高达 15 位的动态范围，电荷增益测量的线性误差小于 2%。
读出芯片目录
MAROC3A 是一款 64 通道芯片，旨在读取负快速输入电流脉冲，例如由多阳极光电倍增器提供的脉冲。每个通道为大于 1/3 光电子 (50fC) 的信号提供 100% 的触发率，并可测量高达 30 个光电子 (~ 5 pC) 的电荷，线性度为 2%。由于 8 位可变增益前置放大器允许补偿检测器通道之间的不均匀性，因此每个通道的增益可以在 0 到 4 之间调整。慢速整形器与两个采样和保持电容器相结合，可以存储高达 5 pC 的电荷以及基线。同时，由于两条可能的触发路径，可以获得 64 个触发输出：一条由双极或单极快速（15 ns）整形器组成，后跟一个用于光子计数的鉴别器；另一条由双极快速整形器（增益较低）组成，后跟一个用于为较大输入电荷（> 1 pe）提供触发的鉴别器。鉴别器阈值由两个内部 10 位 DAC 设置。数字电荷输出由集成的 8、10 或 12 位 Wilkinson ADC 提供。
具有相干相位读出的高性能双峰瞬变场传感器
摘要 — 通过比较穿过传感臂和参考臂的光信号，干涉光子传感器使用简单的单波长激光源实现了显著的灵敏度和检测限。原则上，通过比较穿过单个传感波导的两种模式的传播，基于双模波导的传感器可以在不需要参考臂的情况下提供相同的优势。然而，双模传感器的典型实现面临两个挑战：(i) 传感器输入和输出处的突变模式激发和重组效率低下、功率不平衡且产生可能掩盖小传感信号的杂散反射，(ii) 输出信号的正弦性质可能导致读出模糊。这里我们提出了一种螺旋状双模折射率传感器，它具有全模式转换、多路复用和解复用以及相干相位检测，可提供具有紧凑而稳健布局的明确线性相位读出。我们的传感器设计为1550 nm 中心波长，在氮化硅平台上制造，并通过体传感实验验证，检测限达到 1. 67 · 10 −7 RIU。
超导量子比特读出
为了使超导量子比特成为大规模量子信息处理的可行平台，需要高保真度的读出。本论文研究了描述初始化和读出序列中的系统和时间演化的底层物理，以研究不同的物理参数如何影响状态准备和测量 (SPAM) 误差。通过校准单个超导量子比特，使用随机主方程建立了一个模拟模型来模拟量子比特谐振器系统的色散近似。该模型能够生成具有与实验室测量相似的分布和 SPAM 保真度的 IQ 测量的真实图。该模型用于估计三个因素对不保真度的贡献：非零温度、测量过程中的能量衰减和低效测量。我们得出结论，非零温度是所分析系统的最大贡献者。该模型进一步用于模拟具有边际改进的系统。这为讨论如何改进超导量子比特读出提供了基础。
