勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的物理學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)成功證明了低成本和高性能射頻模塊在室溫下進(jìn)行量子位控制的可行性。他們構(gòu)建了一系列混合信號(hào)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(jì)方法可以降低傳統(tǒng) RF 控制系統(tǒng)的成本和尺寸，同時(shí)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(píng)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(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì) RF 模塊的緊湊設(shè)計(jì)也適用于其他量子位技術(shù)。該研究是在伯克利實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)量子試驗(yàn)臺(tái) (AQT)上進(jìn)行的，這是一個(gè)由能源部科學(xué)辦公室資助的合作研究項(xiàng)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(jìn)展，最終將需要證明其優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子優(yōu)勢，但量子計(jì)算機(jī)仍然存在噪聲和容易出錯(cuò)的問題。每個(gè)額外的量子位都會(huì)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(jì)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(huì)變得龐大且極其復(fù)雜，從而成為潛在的故障點(diǎn)并增加硬件控制的成本。來自伯克利實(shí)驗(yàn)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(tái)的用戶程序中增強(qiáng)了其他量子計(jì)算項(xiàng)目。該團(tuán)隊(duì)將更大、更昂貴的傳統(tǒng) RF 控制系統(tǒng)替換為在伯克利實(shí)驗(yàn)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(gè)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(hào)。這樣做是

重要的是在電子基帶和量子系統(tǒng)之間移動(dòng)量子位操作和測量信號(hào)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?cè)?AQT 中的許多不同實(shí)驗(yàn)配置中進(jìn)行微波頻率調(diào)制/解調(diào)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)，”黃解釋說。

使用該團(tuán)隊(duì)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(dòng)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。