FPGA-basiertes Quanten-Feedback für supraleitende Qubits

by Richard Gebauer

Tuesday Dec 12, 2017, 11:00 AM → 11:45 AM Europe/Berlin

R114 (B242)

Erster/Eingangs-Mastervortrag

Ein typischer Messaufbau für supraleitende Qubits besteht aus einem arbiträren Signalgenerator, Signalrecordern und Vektor-Netzwerkanalysatoren. Obwohl diese für einfache Experimente ausreichend ist, ist seine Anwendbarkeit durch lange Datenübertragungslatenzen, schlechte Skalierbarkeit und feste Pulssequenzen eingeschränkt. Eine schnellere und flexiblere Lösung für das Auslesen und Steuern von Qubits ist eine FPGA-basierte Hardware. Diese reduziert nicht nur drastisch die Kosten und den Platzbedarf, sondern vereinfacht auch die Messungen und ermöglicht maßgeschneiderte Regelsysteme wie Quantenfeedback, bei denen eine geringe Reaktionszeit entscheidend ist.

Wir haben ein FPGA-Design für Experimente mit supraleitenden Qubits implementiert, das auch schnelle Rückkopplungsschleifen ermöglicht, um Qubits abhängig von ihrem gemessenen Zustand zu steuern. Damit bildet es die Grundlage für Experimente und Algorithmen wie Quantenfehlerkorrektur oder aktives Zurücksetzen des Qubit Zustandes. Während typischerweise das Signal-Rausch-Verhältnis durch Mittelung verbessert wird, erfordern Rückkopplungsschleifen Einzelmessungen. Deshalb setzen wir einen parametrischen Josephson-Verstärker ein, der sich durch sein hervorragendes Rauschverhalten auszeichnet. Im aktuellen Entwicklungsstand demonstrieren wir beliebige Qubit-Rotationen um die X- und Y-Achse. Darüber hinaus können wir alle Standardmessungen zur Qubit-Charakterisierung mit einem FPGA durchführen. Des Weiteren wird ein Konzept zur Implementierung von Quantenfeedback präsentiert.