勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的物理學(xué)家和工程師團隊成功證明了低成本和高性能射頻模塊在室溫下進行量子位控制的可行性。他們構(gòu)建了一系列混合信號的緊湊型射頻 (RF) 模塊，以提高超導(dǎo)量子處理器控制系統(tǒng)的可靠性。他們的測試證明，使用模塊化設(shè)計方法可以降低傳統(tǒng) RF 控制系統(tǒng)的成本和尺寸，同時仍能提供與市售系統(tǒng)相比卓越或相當(dāng)?shù)男阅芩健?/p>

他們的研究在《科學(xué)儀器評論》中值得關(guān)注，并被物理研究所選為Scilight，是開源的，并已被其他量子信息科學(xué) (QIS) 小組采用。該團隊預(yù)計 RF 模塊的緊湊設(shè)計也適用于其他量子位技術(shù)。該研究是在伯克利實驗室的高級量子試驗臺 (AQT)上進行的，這是一個由能源部科學(xué)辦公室資助的合作研究項目。

規(guī)模問題

盡管在構(gòu)建具有更多量子位的處理器方面取得了重大進展，最終將需要證明其優(yōu)于經(jīng)典計算機的量子優(yōu)勢，但量子計算機仍然存在噪聲和容易出錯的問題。每個額外的量子位都會帶來新的復(fù)雜性和電氣故障的可能性，尤其是在室溫下。這種復(fù)雜性和計算能力的增長需要重新考慮某些核心控制元素。

傳統(tǒng)的射頻控制系統(tǒng)使用模擬電路來控制超導(dǎo)量子位，但它們會變得龐大且極其復(fù)雜，從而成為潛在的故障點并增加硬件控制的成本。來自伯克利實驗室加速器技術(shù)和應(yīng)用物理部 (ATAP) 的 AQT 研究人員 Gang Huang 和 Yilun Xu 展示了一種控制量子位的新方法，該方法已經(jīng)在測試平臺的用戶程序中增強了其他量子計算項目。該團隊將更大、更昂貴的傳統(tǒng) RF 控制系統(tǒng)替換為在伯克利實驗室構(gòu)建的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用更小的交互式混合模塊。

該模塊化系統(tǒng)的一個關(guān)鍵方面是提供在室溫下操縱和測量超導(dǎo)量子位所需的高分辨率、低噪聲 RF 信號。這樣做是

重要的是在電子基帶和量子系統(tǒng)之間移動量子位操作和測量信號頻率。

“新模塊表現(xiàn)出低噪聲、高可靠性的操作，現(xiàn)在正在成為我們在 AQT 中的許多不同實驗配置中進行微波頻率調(diào)制/解調(diào)的實驗室標準，”黃解釋說。

使用該團隊的低噪聲 RF 混頻模塊在電子基帶和量子系統(tǒng)固有帶之間以有限的中頻移動帶寬，研究人員可以使用噪聲較小的轉(zhuǎn)換器來獲得更好的性能和更低的成本。