【虹科案例】AWG在量子计算中的应用

精度在研究中始终很重要,很少有研究领域需要比量子研究更高的精度。奥地利因斯布鲁克大学的量子光学和量子信息研究所需要一个任意波形发生器(AWG)来为他们的研究生成各种各样的信号。

无线电频率

       第一个应用是在射频范围内应用多频信号。每个频率分量都是使用正弦函数实现的。产生的差分信号用于同时处理离子量子模拟器中被捕获的单个离子。离子陷阱如图1和图4所示。该研究所的研究员 Christine Maier解释说:“我们正在对捕获的冷却钙离子进行量子模拟,其中单离子寻址能力至关重要。为此,我们通过声光偏转器 (AOD) 发送激光束。应用于该AOD晶体的射频信号的频率定义了激光束的偏转角,并且它决定了我们线性离子串的离子被寻址。 AWG 现在允许我们产生多频信号,即使每个信号具有任意幅度,这意味着我们现在可以同时处理离子串中的多个离子。这样做的一个优点是实验更快,因为我们不需要一个接一个地逐个处理每个离子。它也为我们开辟了一个完全新的研究领域:现在我们只能在离子链中调查不受干扰的能量运输。然而,通过解决任意强度的单个离子意味着我们现在可以创造任意潜在的障碍和学习能源在无序的量子系统中运输。 AWG 甚至允许我们对时变电位进行编程,以研究动态无序现象。”

相消干扰Destructive Interference

        第二个应用是通过破坏性干扰消除不需要的混频项,例如将多频信号应用于声光调制器时,当应用多频信号时,会出现几个和频和差频分量,并最终映射到发送的离子上的光信号上。这带来了两个问题。首先,这会从实际需要的频率分量中损失功率,其次,混合项可能会达到离子链的某些共振频率并破坏想要模拟的量子模型。使用AWG使我们能够通过实时测量和反馈回路中的破坏性干扰消除这些不需要的项。”由于应用的多样性,拥有一个易于使用PC进行编程的AWG非常重要,这样输出就可以轻松地针对每种用途进行定制。之所以选择图 5 所示的 Spectrum M4i.6631-x8,是因为它位于PCI Express卡上,可以集成到 PC中并由PC直接驱动。

关于AWG M4i.6631-x8

        M4i.6631-x8是高度可配置的,具有两个AWG通道、触发选项选择、外部时钟输入、多重和门控重放模式、循环功能,甚至可以通过逻辑门组合两个触发输入。这与高分辨率和1.25 GS/s的采样率相结合,使其为现在拥有的项目提供灵活性的合乎逻辑的选择,更重要的是,只需一台仪器即可满足未来的任何需求。Spectrum AWG 可以以高达1.25 GS/s的速度从其4 GB内部存储器重放加载的波形。使用16位D到A转换将数字信号转换为具有定义偏移和幅度的模拟输出信号,以提供模拟现实世界中的精细信号细节。任何波形都可以从先前采集的波形重放为从DC到400 MHz的计算或模拟波形。它具有独特的FIFO流功能,使其能够一次生成数小时的任意波形,这与其他AWG不同,后者由于板载内存有限而减少了信号播放时间。这使得测试能够在更长的时间内进行。

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