凯泽斯劳滕理工大学通过全新DDS固件选项加速量子计算机开发进程

Spectrum仪器旗下AWG卡在光镊阵列中将原子定位为量子位

中国北京，2024年6月12日讯 —— 创建量子计算机（QC）的方法有很多，凯泽斯劳滕理工大学在Rymax One合作中采用的方法就是创建一个由单个原子组成的阵列，并将这些原子作为量子位使用。然而，其挑战在于每个原子的定位必须十分精准。因此，凯泽斯劳滕理工大学使用了激光，并将每个原子都有效地锁定在激光束中心，如同光镊阵列一样。然而，对每个激光束的移动进行逐点编程需要大量的编程和数据。为此，Spectrum仪器推出了全新的直接数字频率合成（DDS）固件选项，通过几个简单的命令就能控制激光的位置。这些命令定义了开始和终止时的参数，因此避免了大量耗时的数据计算。

物理学博士 Jonas Witzenrath 表示：“该产品对推动我们的研究进展产生了巨大的影响。全新的DDS选项不仅使我们取得了快速的进展，还能简化系统的复杂性，使我们能够更加专注于研究。接下来，我们将通过DDS固件的动态特性对静态二维阵列中的原子进行重新排序。”此外，Jonas 将使用任意波形发生器(AWG)来生成理想的紫外激光脉冲，以精确控制量子位之间的交互。”

"DDS已经成为我们项目中的重要工具。此外，我们还发现DDS灵活的特性使它还适用于实验室的其他功能，所以这也节省了我们购买脉冲激光和调制生成器等其它设备的费用。为了开发DDS功能，我们与Spectrum仪器公司展开了密切的合作。目前，我们也正在努力扩大DDS功能在实验室研究中的其他用途，使其发挥最大潜力。”

他补充到：“Spectrum旗下的AWG卡模拟性能卓越、内存大且传输速度非常快，因此成为了量子研究的首选解决方案。传输速度对于实验而言非常重要，因为在计算重新排列的波形并将其传输到卡上这段时间实验必须暂停。Spectrum仪器的AWG卡凭借卓越的传输速度，使其在同类产品中脱颖而出，这也是该产品在AMO/QC社群中被广泛使用的主要原因。此外，AWG卡的操作速度也尤为重要。快速AWG存在数十毫秒的固有延迟或较大的抖动问题，这会导致系统在校正和重新校正时不准确或需要更长的处理时间。DDS固件使Spectrum的AWG能够在20微秒内生成命令，得益于固有的定时，这些命令实际上是无抖动的。”

在一个实验示例中，Spectrum仪器M4i.6631-x8 AWG卡被用于驱动一个声光偏转器（AOD）以产生一个镊子来捕获原子。AOD是通过一个约为82MHz的射频信号驱动。在当前设置中，射频信号每改变1MHz，就会使镊子沿S形频率斜坡在100μs内移动8μm以最小化加热效应。在此期间，信号的幅度将线性地改变以补偿光强度的变化。

DDS固件选项DDS

DDS是通过单个固定频率参考时钟生成任意周期正弦波的方法。该技术被广泛使用于信号生成类应用中。用户能够通过Spectrum仪器提供的DDS选项，定义每张AWG卡上的23个DDS核心。这些核心随后会被发送至硬件输出通道。用户可以对每个DDS核心（正弦波）的频率、幅度、相位、频率斜率和幅度斜率进行编程。DDS输出能够与外部触发事件或与分辨率为6.4ns的可编程定时器同步。

在DDS模式下，AWG可作为多音DDS信号的发生器。该设备内置4GB内存和快速DMA传输模式，使DDS命令的传输速度高达每秒1000万条。这种独特的能力让用户能够通过简单易用的DDS命令灵活地执行用户自定义斜率（例如S形）以及各种调制类型（例如FM和AM）。

广泛应用于量子研究：M4i.6631-x8任意波形发生器，采样速度为1.25 GS/s，分辨率为16位，双通道

Rymax One QC 设计

采用光学镊子将单个镱原子悬浮在真空中，使其处于里德伯态。Rymax合作专注于量子优化问题，例如最大独立集问题，以及诸如QAOA或量子退火等算法来寻找解决方案。这使他们能够为“模拟”量子计算创建优化的硬件。该设计的一个关键点是动态控制紫外激光的光，这需要对不同的射频信号进行完全控制。在此领域，Spectrum仪器公司多年的经验与积累使其获得了丰厚的回报。

关于Spectrum仪器

Spectrum仪器公司成立于1989年，采用独特的模块化理念设计和生产了200多种数字化仪和发生器产品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及独立的以太网设备（LXI）。三十多年来，Spectrum仪器的客户遍布全球，产品也被众多行业的领军企业和知名大学使用。Spectrum仪器总部位于德国汉堡附近，旗下产品均享受5年质保以及来自工程师团队的卓越服务。

审核编辑 黄宇