近日,啟科量子正式發(fā)布了國內(nèi)首套離子阱環(huán)境控制系統(tǒng)<Aba|Qu|ENV>(下文簡稱“<Aba|Qu|ENV>”)。它作為啟科量子測控系統(tǒng)<Qu|Soil>的重要組成部分,實(shí)現(xiàn)了離子囚禁所需工作環(huán)境的精確控制,如超高真空、超低溫、穩(wěn)定磁場等。<Aba|Qu|ENV>不僅保障了離子阱量子計(jì)算機(jī)囚禁離子的穩(wěn)定性,還為離子阱工作環(huán)境的自動控制、狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程操控提供了完整的解決方案。目前,<Aba|Qu|ENV>已應(yīng)用于啟科量子正在發(fā)售的分布式離子阱量子計(jì)算機(jī)。

離子阱作為構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)主流技術(shù)路線之一,它擁有超長相干時間、超高保真度等技術(shù)優(yōu)勢。但是要研制出具有足夠量子比特的離子阱通用量子計(jì)算機(jī),還有諸多技術(shù)及工程難題亟待突破,其中環(huán)境參數(shù)精準(zhǔn)而穩(wěn)定的控制便是亟待解決的問題之一。近年來,越來越多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,提高離子阱工作環(huán)境的真空度,并采用超低溫技術(shù)將離子阱及周邊電路模塊冷卻至液氦溫區(qū),能有效增加囚禁離子的數(shù)量和囚禁離子的穩(wěn)定性,同時還能夠大大降低離子加熱率,延長離子處于基態(tài)的時間,最終形成優(yōu)質(zhì)的量子比特。目前,國際上僅有為數(shù)不多的公司推出了整合超高真空、超低溫及相關(guān)參數(shù)自動調(diào)節(jié)的產(chǎn)品,如美國Montana Instruments公司推出的Cryostation s-series、德國attocube公司推出的attoDRY,而啟科量子推出的<Aba|Qu|ENV>填補(bǔ)了國內(nèi)在這一方面的空白。

圖一:<Aba|Qu|ENV>控制器機(jī)柜

圖二:<Aba|Qu|ENV>框架圖

啟科量子自主研發(fā)的 <Aba|Qu|ENV>由硬件單元和控制軟件單元組成:硬件單元包含人機(jī)交互模塊、配電及設(shè)備管理模塊、超高真空超低溫監(jiān)控模塊、磁場監(jiān)控模塊;控制軟件單元包含底層IO控制模塊、報(bào)警算法預(yù)處理模塊、遠(yuǎn)程控制及登錄管理模塊、真空及低溫操作可編程模塊。它們通過信息交換模塊實(shí)現(xiàn)了與量子計(jì)算機(jī)其他測控組件的通信。

在組件協(xié)同工作方面,<Aba|Qu|ENV>聯(lián)動了測控系統(tǒng)<Qu|Soil>,如測控系統(tǒng)中的調(diào)制/脈沖(DDS/TTL)單元、微安級穩(wěn)磁單元、諧振腔反饋單元、精密電壓源及濾波單元、微波單元等,相關(guān)數(shù)據(jù)被實(shí)時監(jiān)控,共同為激光精確控制、離子囚禁與糾纏、量子邏輯門等操作提供堅(jiān)實(shí)的保障。

圖三:<Aba|Qu|ENV>人機(jī)交互系統(tǒng)

在操作方面,<Aba|Qu|ENV>設(shè)計(jì)了人機(jī)交互系統(tǒng),通過合理的邏輯指令設(shè)計(jì),人機(jī)交互模塊可迅速響應(yīng),保障運(yùn)行效率。操作者可便捷地獲取環(huán)境參數(shù)、異常狀態(tài)、組件聯(lián)動狀態(tài)等信息,同時還能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控和狀態(tài)監(jiān)測。

<Aba|Qu|ENV>的發(fā)布是啟科量子深耕離子阱量子計(jì)算工程化領(lǐng)域取得的又一成果。自創(chuàng)立以來,啟科量子采取“統(tǒng)一規(guī)劃,化整為零,逐個擊破,快速迭代”的技術(shù)攻關(guān)策略,將復(fù)雜的離子阱量子計(jì)算工程問題進(jìn)行合理分解,以模塊化的設(shè)計(jì)思路同步推進(jìn)各個組件的工程化研發(fā),并取得了豐碩的成果。未來,啟科量子將不斷提高自主創(chuàng)新的能力,繼續(xù)豐富和完善離子阱計(jì)算的軟硬件體系,為量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)化應(yīng)用貢獻(xiàn)力量。

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