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IPE Seminar
Entwurf und Implementierung eines Universal-Messsystems für Mikrowellensignale bei supraleitenden Quantenbits
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Europe/Berlin
Description
Vortrag zur Masterarbeit von Lukas Scheller zum Thema: Entwurf und Implementierung eines Universal-Messsystems für Mikrowellensignale bei supraleitenden Quantenbits
Bei der Entwicklung von Quantencomputern auf Basis supraleitender Quantenbits stellt die Ansteuerung und Auslese mithilfe von Mikrowellensignalen eine gewisse Herausforderung dar. Hierzu wird am Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik am Karlsruher Instituts für Technologie heterogene, RFSoC-basierte Elektronik entwickelt. Neben den üblichen Kontrollaufgaben, wird jedoch auch vielfältiges Mikrowellen-Laborequipment benötigt, um ausführliche Charakterisierungen der Quantenbits durchzuführen. Hierbei muss dann zwischen der Kontrollelektronik und dem Laborelektronik gewechselt werden.
Um dies zu vereinfachen, wurde in vorliegender Arbeit die Kontrollelektronik um Implementierungen mehrerer Standardmessgeräte erweitert: ein Oszilloskop, ein Spektrumanalysator und ein vektorieller Netzwerkanalysator. Dies erspart das physikalische Umschalten zwischen verschiedenen Geräten, da diese Messgeräte direkt in die RFSoC-basierte Elektronik integriert wurden. Hierfür wurden einerseits die Module in der programmierbaren Logik entworfen und umgesetzt, aber auch eine grafische, webbasierte Bedienoberfläche entwickelt, die eine einfache und intuitive Ansteuerung der Messgerät-Funktionen auf dem System ermöglicht. Die Schnittstelle zwischen Modulen und Bedienoberfläche wird hierbei durch ein Software-Plugin eines modularen Kommunikationsservers realisiert, der auf dem Vier-Kern-Prozessor des RFSoC ausgeführt wird. Die durchgeführten Erweiterungen des Systems ermöglichen dem Nutzer, neben der Ansteuerung von Qubits auch allgemeinere Messungen durchzuführen. Auch wurde die Funktionalität der implementierten Messgeräte in verschiedenen Testreihen erfolgreich überprüft. Somit ist keine externe Laborelektronik mehr notwendig, um diese Messungen durchzuführen, was Kosten und Zeit spart.
Vortragssprache: Deutsch
Lecture to the master thesis from Lukas Scheller on the Topic : Design and Implementation of a General-Purpose Measurement System for Microwave Signals Used with Superconducting Qubits
For the development of quantum computers based on superconducting quantum bits, control and readout using microwave signals poses a certain challenge. For this purpose, heterogeneous RFSoC-based electronics are being developed at the Institute for Data Processing and Electronics at the Karlsruhe Institute of Technology. In addition to the usual control tasks, however, a wide range of microwave laboratory equipment is needed to perform detailed characterizations of the quantum bits. Therefore, it is necessary to switch between the control electronics and the laboratory electronics.
To simplify this, in the present work the control electronics have been extended to include implementations of several standard instruments: an oscilloscope, a spectrum analyzer, and a vector network analyzer. This eliminates the need to physically switch between different devices, since these measurement devices were directly integrated into the RFSoC-based electronics. For this purpose, the modules were designed and implemented in the programmable logic, and a graphical web-based user interface was developed, which allows an easy and intuitive control of the measurement device functions on the system. The interface between modules and user interface is a software plug-in of a modular communication server running on the four-core processor of the RFSoC. The implemented extensions to the system allow the user to perform more general measurements in addition to controlling qubits. Also, the functionality of the implemented measurement devices has been successfully verified in various test series. Thus, external laboratory electronics are no longer necessary to perform these measurements, which saves costs and time.
Lecture language: German
