SHFQA＋ 8.5GHz 量子分析儀
一、簡介：
瑞士Zurich Instruments的SHFQA＋量子分析儀是一款獨立單體儀器，具備完整的實時量子態(tài)讀取功能，最多可讀取64個超導和自旋量子比特。SHFQA＋的頻率范圍為DC - 8.5GHz，瞬時帶寬為1GHz，且無需混頻器校準。SHFQA＋憑借先進的定序器和低延遲信號處理鏈，包含匹配濾波和結果關聯(lián)運算，能夠以最佳的信噪比和最低的延遲實現(xiàn)多量子態(tài)鑒別。
二、產品特點
主要特點
頻率范圍：DC - 8.5GHz
1GHz瞬時帶寬，無需混頻器校準
2或4個讀取通道，可讀取多達64個量子比特
實時信號處理，包含匹配濾波器和多量子態(tài)鑒別
14位輸入輸出分辨率
4GSa/s輸入采樣率，6GSa/s輸出采樣率
控制軟件包括：LabOne®和LabOne Q或Python、C、MATLAB®，LabVIEW™和.NET的應用程序接口（API）
產品亮點
①高保真度快速讀取
SHFQA＋通過脈沖測量方式來確定被測設備的傳輸幅度和相位。SHFQA＋通過兩種方法最大化信噪比（SNR）：脈沖整形和匹配濾波。使用任意波形發(fā)生器進行脈沖整形，即使對于響應速度較慢的設備，也可以最大程度地縮短振鈴時間。
②可擴展的量子比特讀取儀器
通過任意波形發(fā)生器中的存儲模塊 (最多16個)按時間交錯方式讀取和觸發(fā)qubit，qutrit或quaquad的讀取。用戶可以選擇2或4個讀取通道，并將2通道版本的積分器的數(shù)目從8個擴展到16個。為了實現(xiàn)高集成度，SHFQA＋可以與其他儀器共用操作界面，以實現(xiàn)快速有效的量子比特復位。對于多量子比特系統(tǒng)，可以通過將多個SHFQA＋，SHFSG＋，HDAWG，HDIQ和QHub組合在一起，以形成可擴展的量子計算控制系統(tǒng)（QCCS）。
③無需混頻器校準的頻率上轉換，高達8.5GHz
當讀取耦合至相同諧振腔的多個量子比特的量子態(tài)時，由于SHFQA＋的雙超外差上變頻方案采用的是濾波而不是干涉的方法，因此頻帶更寬，相對于標準的IQ混頻方案其線性度更優(yōu)。SHFQA＋即使只用于輸出單一頻率，其雜散也低于使用標準的IQ混頻方案，因此可實現(xiàn)開機即用。
④量子系統(tǒng)控制軟件
LabOne Q控制軟件是QCCS的重要組成部分，它可以將SHFQA＋完全整合到新的或現(xiàn)有的設備。SHFQA＋可以完全通過 LabOne 和 API (Python，C，MATLAB®，LabVIEW™ 和 .NET 進行操控。
可選選件 — SHFQA-16W積分權重擴展選件
SHFQA-16W積分權重擴展選件提升了2通道SHFQA＋量子分析儀的讀取能力。利用16個積分權重單元，用戶可以定義16個匹配濾波器來分析同等數(shù)量的讀取信號的響應。
主要特點
積分權重單元數(shù)目由每通道8個增加到16個
波形存儲器數(shù)目由每通道8個增加到16個
每個通道可最多讀取16個qubit，8個qutrit或5個ququad
三、產品參數(shù)
信號輸入 | |
RF 輸入通道數(shù)量 | 2 或 4 |
頻率范圍 | RF：0.5 - 8.5 GHz |
LF：DC - 800 MHz | |
瞬時帶寬 | 1GHz |
輸入阻抗 | 50Ω |
輸入電壓噪聲 | < 2.2 nV/√Hz (<-160dBm/Hz) @ -50dBm |
輸入范圍（dBm） | RF：-50dBm 至 10dBm |
LF： -30dBm 至 10dBm | |
A/D 轉換 | 14位，4GSa/s |
量子比特測量單元 | |
匹配濾波器 | 4通道選項：16個復數(shù)濾波器/讀出通道 |
2通道選項：8個復數(shù)濾波器/讀出通道（通過SHFQA＋-16W選件可擴展到16個） | |
每個濾波器的每個正交量可包含4096個存儲樣本 | |
多量子態(tài)鑒別 | 最多4個鑒別器 |
數(shù)據(jù)記錄儀 | 存儲容量：219個樣本，最多216次平均 |
信號監(jiān)視器 | 存儲容量：監(jiān)視1個通道時218個復數(shù)樣本，監(jiān)視2個通道時217個樣本，監(jiān)視3或4個通道時216個樣本 |
平均次數(shù)：最多216次平均 | |
信號輸出 | |
RF 輸出通道數(shù) | 2 或 4 |
頻率范圍 | RF：0.5 - 8.5 GHz |
LF：DC - 800 MHz | |
瞬時帶寬 | 1.0GHz |
輸出阻抗 | 50Ω |
輸出范圍 (dBm) | RF：-50dBm 至 10dBm |
LF： -30dBm 至 5dBm | |
數(shù)模轉換 | 14位，6GSa/s |
讀取脈沖發(fā)生器 | |
任意波形發(fā)生器數(shù)量 | 每個讀取通道1個（總共2個或4個） |
時序功能 | 高級時序（循環(huán)，分支），命令表，高級觸發(fā)控制 (交錯讀取功能) |
波形存儲器模塊1 | 4通道配置：每通道總容量64kSa，即16個單元，每單元4kSa |
2通道配置：每通道總容量32kSa，即8個單元，每單元4kSa | |
2通道配置(包含SHFQA＋-16W選件)：每通道總容量64kSa，即16個單元，每單元4kSa | |
振蕩器 | 所有讀取通道共享1個振蕩器，振蕩器的頻率和相位實時可控。僅用于頻譜 (Spectroscopy) 模式。 |
標記輸出通道數(shù) | 2 |
觸發(fā)輸入通道數(shù) | 2 |
一般規(guī)格 | |
讀取通道數(shù) | 2 或 4 |
外型尺寸 | 449 x 460 x 145 mm（19英寸機架） |
17.6 x 18.1 x 5.7 英寸 | |
重量 | 15公斤（33磅） |
電源供應 | 交流電：100V - 240V，50/60 Hz |
連接器 | 前后面板上的SMA用于觸發(fā)，信號和外部時鐘 |
32位DIO | |
2個ZSync接口 | |
LAN或以太網(wǎng)，1Gbit/s | |
USB 3.0 | |
維護 USB | |
1 所有波形存儲模塊均可自由配置和觸發(fā)。 |
四、應用領域
量子計算應用
單發(fā)色散量子態(tài)讀取
射頻反射法讀取量子比特
頻率復用量子態(tài)讀取
共振光譜
低延遲和全局反饋式量子糾錯
支持的量子比特類型
超導量子比特
自旋量子比特
運用2量子態(tài)，3量子態(tài)和和4量子態(tài)的量子比特
其他應用
放大器噪聲表征
第三方IQ混頻器校準
五、功能圖解
