科研进展:启科量子发布国内首套离子阱环境控制系统

近日,启科量子正式发布了国内首套离子阱环境控制系统<Aba|Qu|ENV>(下文简称“<Aba|Qu|ENV>”)。它作为启科量子测控系统<Qu|Soil>的重要组成部分,实现了离子囚禁所需工作环境的精确控制,如超高真空、超低温、稳定磁场等。<Aba|Qu|ENV>不仅保障了离子阱量子计算机囚禁离子的稳定性,还为离子阱工作环境的自动控制、状态监测、远程操控提供了完整的解决方案。目前,<Aba|Qu|ENV>已应用于启科量子正在发售的分布式离子阱量子计算机。

离子阱作为构建量子计算机主流技术路线之一,它拥有超长相干时间、超高保真度等技术优势。但是要研制出具有足够量子比特的离子阱通用量子计算机,还有诸多技术及工程难题亟待突破,其中环境参数精准而稳定的控制便是亟待解决的问题之一。近年来,越来越多的实验数据表明,提高离子阱工作环境的真空度,并采用超低温技术将离子阱及周边电路模块冷却至液氦温区,能有效增加囚禁离子的数量和囚禁离子的稳定性,同时还能够大大降低离子加热率,延长离子处于基态的时间,最终形成优质的量子比特。目前,国际上仅有为数不多的公司推出了整合超高真空、超低温及相关参数自动调节的产品,如美国Montana Instruments公司推出的Cryostation s-series、德国attocube公司推出的attoDRY,而启科量子推出的<Aba|Qu|ENV>填补了国内在这一方面的空白。

图一:<Aba|Qu|ENV>控制器机柜

图二:<Aba|Qu|ENV>框架图

启科量子自主研发的 <Aba|Qu|ENV>由硬件单元和控制软件单元组成:硬件单元包含人机交互模块、配电及设备管理模块、超高真空超低温监控模块、磁场监控模块;控制软件单元包含底层IO控制模块、报警算法预处理模块、远程控制及登录管理模块、真空及低温操作可编程模块。它们通过信息交换模块实现了与量子计算机其他测控组件的通信。

在组件协同工作方面,<Aba|Qu|ENV>联动了测控系统<Qu|Soil>,如测控系统中的调制/脉冲(DDS/TTL)单元、微安级稳磁单元、谐振腔反馈单元、精密电压源及滤波单元、微波单元等,相关数据被实时监控,共同为激光精确控制、离子囚禁与纠缠、量子逻辑门等操作提供坚实的保障。

图三:<Aba|Qu|ENV>人机交互系统

在操作方面,<Aba|Qu|ENV>设计了人机交互系统,通过合理的逻辑指令设计,人机交互模块可迅速响应,保障运行效率。操作者可便捷地获取环境参数、异常状态、组件联动状态等信息,同时还能够通过互联网进行远程操控和状态监测。

<Aba|Qu|ENV>的发布是启科量子深耕离子阱量子计算工程化领域取得的又一成果。自创立以来,启科量子采取“统一规划,化整为零,逐个击破,快速迭代”的技术攻关策略,将复杂的离子阱量子计算工程问题进行合理分解,以模块化的设计思路同步推进各个组件的工程化研发,并取得了丰硕的成果。未来,启科量子将不断提高自主创新的能力,继续丰富和完善离子阱计算的软硬件体系,为量子计算机的商业化应用贡献力量。

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