High Level Beschreibung von Experimenten mit supraleitenden Quantenbits

by Rainer Illichmann

Tuesday Dec 8, 2020, 11:00 AM → 11:45 AM Europe/Berlin

Mastervortrag von Rainer Illichmann zum Thema High Level Beschreibung von Experimenten mit supraleitenden Quantenbits

Experimente mit supraleitenden Quantenbits (Qubits) verwenden Mikrowellenpulse zur Manipulation und Auswertung des Qubit-Zustandes. Mikrowellenpulse, die auf supraleitende Qubits einwirken, erfordern ein hohes Maß an Präzision hinsichtlich ihrer Dauer und Genauigkeit. Zur Erzeugung und Auswertung dieser Pulse wird am IPE ein maßgeschneidertes heterogenes System bestehend aus mehreren Prozessoren und programmierbarer Logik entwickelt.

Die programmierbare Logik enthält spezialisierte Module zur Pulserzeugung und -auswertung, die durch eine ebenfalls in der Logik implementierte Zustandsmaschine zeitlich gesteuert werden.
Für die direkte Konfiguration und Durchführung von Experimenten auf dem System sind detaillierte Kenntnisse der Plattform und der vorhandenen Assembler-Befehle des Zustandsautomaten erforderlich.

Um die Benutzung des Systems zu erleichtern und eine intuitive Beschreibung von Experimenten mit supraleitenden Quantenbits zu ermöglichen, wurde eine domänenspezifische Hochsprache in Python entwickelt. Darüber hinaus wurde die Funktionalität des zugrundeliegenden Zustandsautomaten, in Übereinstimmung mit den Spezifikationen der RISC-V ISA, erweitert, um die Fähigkeiten dieser neuen Sprache in Hardware abzubilden.
Die Anpassung der programmierbaren Logik des heterogenen Systems und die Entwicklung der domänenspezifischen Sprache bieten eine flexible und leicht zu erlernende Möglichkeit, auch komplexe Experimente mit Quantenbits zu beschreiben, abstrahiert von dem zugrundeliegenden System.

 

In diesem Vortrag wird ein Überblick über die neu entwickelte Sprache, Änderungen am zugrunde liegenden System sowie Beispiele für Versuchsbeschreibungen gegeben.

Vortragssprache: Deutsch

 

Presentation of the master thesis from Rainer Illichmann on the topic High Level Description of Experiments with Superconducting Quantum Bits

Experiments with superconducting quantum bits (qubits) employ microwave pulses for manipulation and evaluation of the qubit's state. Microwave pulses acting on superconducting qubits require a high degree of precision regarding their duration and fidelity. To generate and evaluate these pulses, a customized heterogeneous system consisting of multiple processors and programmable logic is developed at IPE. The programmable logic contains specialized modules for pulse generation and evaluation, which are time-controlled by a state machine, implemented in the logic as well.
Detailed knowledge of the platform and the existing assembler instructions of the state machine are required to directly configure and execute experiments on the system.

To facilitate the usage of the system and provide an intuitive description for experiments with superconducting quantum bits, a domain-specific high-level language was developed in Python. Furthermore, the functionality of the underlying state machine was extended to map the capabilities of this new language in hardware, in accordance with specifications of the RISC-V ISA.
The adaptation of the programmable logic of the heterogeneous system and the development of the domain-specific language provide a flexible and easy-to-learn way to describe also complex experiments with quantum bits abstracted from the underlying system.

In this talk, an overview will be given about the newly developed language, changes to the underlying system as well as examples of experiment descriptions will be given.

Lecture language: German