A Flexible FPGA-based Control Platform for Superconducting Multi-Qubit Experiments

by Richard Gebauer

Thursday Dec 9, 2021, 2:00 PM → 2:45 PM Europe/Berlin

Vortrag zur Doktorarbeit von Richard Gebauer zum Thema  Eine flexible FPGA-basierte Kontrollplattform für supraleitende Multi-Qubit-Experimente

Quantencomputer versprechen bestimmte Rechenaufgaben viel schneller zu lösen als jeder herkömmliche Computer. Ihre elementaren Bausteine sind quantenmechanische Zwei-Niveau-Systeme, die als Quantenbits (Qubits) bezeichnet werden. Forschung für einen universellen Quantencomputer muss den gesamten Hardware- und Software-Stack berücksichtigen. Eine wesentliche Komponente ist die Schnittstelle zwischen Quantenalgorithmus und Quantenprozessor, die eine anspruchsvolle Steuerelektronik erfordert. Für supraleitende Qubits muss sie die Erzeugung von Mikrowellensignalen mit Frequenzen von bis zu 10 GHz sowie die Datenerfassung und -verarbeitung ähnlicher Signale abdecken, um den Zustand der Qubits auszulesen.
In diesem Vortrag wird eine solche Steuerelektronik, genannt QiController, vorgestellt. Hauptziele bei der Entwicklung waren die Anwendbarkeit auf verschiedene Arten von supraleitenden Qubits sowie Benutzerfreundlichkeit, Skalierbarkeit und Flexibilität. Das System ist auf fortgeschrittene Forschung und kurzfristige Anwendungen mit Quantenprozessoren ausgerichtet und wurde ausgiebig mit verschiedenen supraleitenden Einzel- und Multi-Qubit-Chips getestet. Derzeit sind mehrere QiController bei unseren Kollegen am KIT sowie an der Universität Glasgow in Betrieb.

Vortragssprache: Deutsch

 

Lecture to the doctoral thesis from Richard Gebauer on the Topic A Flexible FPGA-based Control Platform for Superconducting Multi-Qubit Experiments

Quantum computers promise to solve specific computational problems much faster than any conventional computer. Their elementary building blocks are quantum mechanical two-level systems called quantum bits (qubits). Research towards a universal quantum computer has to consider the full hardware and software stack. An essential component is the interface between quantum algorithm and quantum processor which requires sophisticated control electronics. For superconducting qubits, it needs to cover the generation of microwave signals with frequencies of up to 10GHz, as well as data acquisition and processing of similar signals to read out the state of the qubits.
In this talk, such a control electronics, called QiController, is presented. Major objectives for its development have been applicability to different types of superconducting qubits, as well as usability, scalability, and flexibility. It is targeted at advanced research and near-term applications with quantum processors and extensively tested with various superconducting single- and multi-qubit chips. Currently, multiple QiControllers are in operation by our colleagues at the KIT, as well as at the University of Glasgow.

Lecture language: German