Spin-basiertes Quantum Computing

Spin-basiertes Quantum Computing ist eine führende Technologie für die Realisierung von skalierbaren Quantencomputern. Halbleiter-Quantenpunkte (QDs) werden verwendet, um einzelne Ladungen und die dazugehörigen Spins einzufangen, die dann als Qubits verwendet werden. Das Quantencomputing-Kontrollsystem (QCCS) von Zurich Instruments bietet alle wichtigen Werkzeuge für die Charakterisierung, Kontrolle und das Auslesen von Spin-Qubits und stellt damit eine rauscharme und skalierbare Lösung dar, die die Zuverlässigkeit des Aufbaus verbessert und die Aufbaukontrolle vereinfacht.

Einzelne Spins sind in Halbleiter-Quantum-Dots eingeschlossen. Metallische Gates definieren sie und kontrollieren die relativen Kopplungen. Ein großer Quantenpunkt wird als Ladungssensor für die kleineren verwendet, die als Qubits dienen. Einzelne Qubit-Operationen werden durch ein oszillierendes Magnetfeld induziert, das über Mikrowellen-Streifenleitungen mit den Qubits gekoppelt ist. Zwei-Qubit-Gatter können mit schnellen Impulsen an denjenigen metallischen Gattern realisiert werden, die sich in der Nähe von zwei Quantenpunkten befinden.

Quantenpunkt-Charakterisierung

Der MFLI Lock-in-Verstärker wird für die Quantenpunkt-Charakterisierung verwendet. Der integrierte rauscharme Stromverstärker ist in der Lage, den kleinen Strom, der durch einen typischen QD fließt, zu verstärken. Die mehreren Oszillatoren werden auf verschiedene Frequenzen eingestellt, um gleichzeitig den DC-Leitwert, den niederfrequenten Leitwert und die Gate-Transimpedanz zu erfassen. Die Digitizer-Funktion kann verwendet werden, um schnelle Stromspuren zu erfassen, um eine Single-Shot-Spin-Auslesung durchzuführen.

Schnelle gemultiplexte Qubit-Steuerung

Der mehrkanalige HDAWG Arbitrary Waveform Generator erzeugt die schnellen Impulse für die metallischen Gates, die zur Steuerung der QD-Energieniveaus und Kopplungen sowie zur Ansteuerung der Zwei-Qubit-Gates verwendet werden. Um dem Effekt der Kreuzkopplung entgegenzuwirken, werden zusätzliche Pulse an mehrere Gates angelegt. Der HDAWG ist in der Lage, die Mikrowellenquelle zu modulieren, um Ein-Qubit-Gatter zu erzeugen. Durch Frequenzmultiplexing können verschiedene Qubits angesprochen werden.

Ein Einseitenband-Modulationsschema unterdrückt in Verbindung mit den internen Oszillatoren unerwünschte spektrale Komponenten.

Auslesen mit hoher Güte

Die Auslesegeschwindigkeit des Spins wird erheblich verbessert, wenn die RF-Reflektometrie bei hoher Frequenz durchgeführt wird. Der UHFLI-Lock-in-Verstärker erzeugt den RF-Ausleseton der Sonde und erfasst die reflektierte Antwort des QDs, um eine schnelle und zuverlässige Single-Shot-Spin-Auslesung durchzuführen. Bis zu acht Abtastpunkte können gemultiplext und gleichzeitig ausgelesen werden. Der Betrag oder die Phase der demodulierten Signale ist ein Maß für die komplexe Impedanz des Ladungssensors, woraus der Qubit-Zustand gemessen werden kann.

The LabOne Q control software framework comes with examples for a large number of measurement methods for semiconductor spin qubits. Check out our Applications Library to find out how to implement the methods below, and many more.

• 2D parameter sweeps
• Rabi flopping: pulse length sweep
• Ramsey: phase and delay sweeps
• Pulsed lock-in amplifier acquisition with /node/487 and /node/97

The LabOne Q Applications Library enables you to quickly ramp up your qubit experiments and focus on the physics and results that interest you. With this framework, you get the tools to describe your measurements in terms of quantum devices and their operations. The Applications Library cover all parts of a tune-up workflow: experiment definition, measurement, analysis and plotting, and physics parameter updates.

Das QCCS bietet alle wichtigen Komponenten zur Charakterisierung und Steuerung eines komplexen Spin-Qubit-Systems.

• Ein hoher Integrationsgrad garantiert einen geringen Einrichtungs- und Wartungsaufwand:
  • Stromverstärker, Multimeter, Lock-in-Verstärker und Digitizer befinden sich in einer einzigen Einheit.
  • Das Auslesen der Reflektometrie mit einheitlicher Signalerzeugung und -detektion erfolgt ohne externe analoge Auf-/Abwärtswandlung.
• Ein reduzierter Bedarf an Isolation und Filterung führt zu einer geringen Verlustleistung an den Eingangsanschlüssen.

• Die LabOne APIs, mit Treibern für Labber und QCoDeS, ermöglichen eine schnelle Integration in Ihre Steuerungsumgebung und Ihr bestehendes Setup.
• Erleben Sie dank der schnellen und rauscharmen HDAWG-Ausgänge eine genaue Spin-Kontrolle und eine verbesserte Wiedergabetreue, auch für schnelle Qubits.
• Mit dem Echtzeit-Sequenzer können Sie fortgeschrittene und komplexe Experimente durchführen.
• Erschließen Sie sich einen klaren Weg zu einer größeren Anzahl von Qubits: Steuern Sie viele gemultiplexte Qubits mit den internen Oszillatoren und der großen Ausgangsbandbreite.

Das QCCS ist eine zukunftssichere Investition, die Ihre Arbeitsabläufe und Setup-Leistung optimiert.