劳伦斯·伯克利国家实验室
左:AQT低温稀释冰箱
右图:两种射频混频模块:上变频器和下变频器
信用:黄刚和徐一伦/柏克莱实验室 劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一组物理学家和工程师成功地证明了低成本和高性能射频模块在室温下用于量子位控制的可行性
他们构建了一系列紧凑的射频(RF)模块来混合信号，以提高超导量子处理器控制系统的可靠性
他们的测试证明，使用模块化设计方法降低了传统射频控制系统的成本和尺寸，同时仍能提供优于市售产品的性能水平
他们的研究在《科学仪器评论》中被认为是值得注意的，并被美国物理研究所选为Scilight，该研究是开源的，已被其他量子信息科学(QIS)团体采用
该团队预计，射频模块的紧凑设计也适用于其他量子比特技术
这项研究是在伯克利实验室的高级量子试验台(AQT)进行的，这是一个由美国大学资助的合作研究项目
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能源部科学办公室
规模问题 尽管在构建具有更多量子比特的处理器方面取得了重大进展，但量子计算机仍然噪音大，容易出错，而这最终需要证明量子计算机相对于经典计算机的优势
每增加一个量子比特，就会带来新的复杂性和电气故障的可能性，尤其是在室温下
复杂性和计算能力的增长需要重新思考某些核心控制要素
传统的射频控制系统使用模拟电路来控制超导量子位，但它们会变得庞大且极其复杂，从而成为潜在的故障点，并增加硬件控制的成本
来自伯克利实验室加速器技术和应用物理部门(ATAP)的AQT研究人员黄刚和徐依伦展示了一种控制量子比特的新方法，该方法已经在试验台的用户程序中增强了其他量子计算项目
该团队用更大、更昂贵的传统射频控制系统取代了伯克利实验室的系统，后者使用更小的交互式混合模块
这个模块化系统的一个关键方面是传送高分辨率、低噪声的射频信号，这些信号是在室温下操纵和测量超导量子比特所需要的
为此，在电子基带和量子系统之间转移量子比特操作和测量信号频率非常重要
黄解释说:“新模块表现出低噪声、高可靠性的运行，现在正成为我们在AQT许多不同实验配置中微波频率调制/解调的实验室标准。”
超导量子处理器电子控制用射频混合模块
学分:和徐一伦/柏克莱实验室 利用该团队的低噪声射频混频模块，以有限的中频在电子基带和quant um系统固有频带之间转换带宽，使研究人员能够利用噪声更低的转换器，以更低的成本获得更好的性能
黄和徐说，虽然他们的系统是为超导系统设计的，但也可以扩展到其他量子信息科学平台
“一般来说，射频混频的架构可以扩展到更高的频率，”他们指出
“因此，如果我们用适当的频率替换一些电子元件，这种紧凑的设计应该能够适应其他量子比特平台，我
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半导体量子位系统
" 研究人员还设计了电磁干扰屏蔽，以消除不必要的干扰，这些干扰会降低信号完整性并限制整体性能
这种屏蔽旨在防止信号泄漏并干扰周围的电子设备——这是量子计算机的一个常见问题
开源，开放硬件 随着开源控制系统的发布，团队希望更广泛的社区使用并贡献于存储库，从而改进硬件
通过用适当的频率替换一些电子元件，这种紧凑的设计可以适应各种量子计算设备
黄解释说:“这是我们为超导量子处理器开发开源控制系统的首批努力之一。”
“我们将继续优化模块的物理尺寸和成本，并进一步与我们基于FPGA的控制器集成，以提高量子位控制系统的可扩展性
" 展望未来，研究人员已经在这些努力的基础上创造了量子计算的新可能性，并提供了一种控制量子比特的新技术
“这种集成和优化将有助于基于室温的控制系统跟上量子处理器复杂性的发展，”徐指出
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