硅基量子计算挑战
自旋量子比特兼具高密度、全电操控与半导体工艺兼容性，是规模化量子计算的关键路径。当前，单比特与两比特门已可实现在片。
但当迈向可编程双量子比特系统时，串扰、校准与信号采集等集成挑战随之凸显。
- 量子比特间串扰与量子态泄漏，干扰操作准确性
- 多参数校准与高精度控制硬件需精细协同，对测量系统提出更高要求
- 处理器输出信号的精确采集，成为验证器件功能、优化操作步骤的基础环节
- 需极低温信号保真，以避免信息畸变
基于数字化仪的测量方案架构
低温测量系统构成与信号流程图
德思特优质合作伙伴 Spectrum 数字化仪 作为标准化数据采集核心设备，可无缝集成于量子测量系统中，与任意波形发生器、微波源及 FPGA 等设备协同工作。在复杂时序控制环境下，该方案支持量子态操控、信号调理与数据采集的全流程协同运行。通过对微弱读出信号进行高分辨率模数转换， 数字化仪 能够高保真还原量子态信息，并输出原始数据供后续分析。其稳定的触发与同步能力确保多设备协同的时间一致性，为量子比特行为分析、系统验证及性能优化提供可靠数据基础。
设置极低温运行环境
为硅基自旋量子比特提供稳定运行条件
- 量子处理器芯片封装于印刷电路板，安装于稀释制冷机混合室中，工作温度维持在约 20mK。极低温环境从源头抑制热噪声，为量子比特操控与读出提供基础保障
量子控制信号生成与传输
实现量子态操控、微波驱动与多设备同步控制
- 1台任意波形发生器以 1 GHz 时钟速率向柱塞栅极施加电压脉冲，用于量子态操控
- 2台矢量微波源分别向两个量子比特提供 18–20 GHz 微波信号，用于电偶极自旋共振实验
- 微波信号的相位、频率、幅度与持续时间，由另一台任意波形发生器进行 I/Q 矢量调制
读出信号调理与实时分析
- 电流-电压转换：传感器电流经自制预放大器转换为电压信号
- 隔离放大：电压信号通过隔离放大器切断接地环路，降低外部干扰
- 模拟滤波：经 SIM965 模拟滤波器进行 20 kHz 贝塞尔低通滤波，抑制高频噪声
- FPGA 实时监测：对信号进行实时分析，根据预设电压阈值标记特定轨迹，锁定关键量子态信息
数字化仪采集与数据分析
- 调理后的电压信号由 Spectrum M4i.44xx 系列数字化仪进行测量与采集，经高分辨率模数转换后，输出数字数据供计算机进行后续分析处理，完成量子测量链路的最终闭环
方案优势
信号保真度
数字化仪的分辨率指标能够紧密匹配实验中微弱电压信号的测量需求，确保采集到的数据真实反映量子比特的状态，不因采集环节而损失关键信息
系统兼容性
作为标准化数据采集设备，该数字化仪可稳定地与任意波形发生器、微波源、FPGA 等模块协同工作，融入复杂的时序控制体系，实现可靠触发与同步采集
运行稳定性
在需长期持续运行的低温测量实验中，数据采集设备的可靠性直接影响实验效率与数据完整性。数字化仪在长期不间断采集中始终保持着稳定的性能表现
高校科研案例
代尔夫特理工大学纳米科学研究所硅基量子计算研究
“数字化仪作为数据采集环节的核心设备，为研究人员提供了分析量子比特行为的原始数据，支撑了可编程硅基双量子比特处理器的实验研究。”
在纳米科学研究所的硅基量子计算研究中，Spectrum M4i.44xx 系列数字化仪负责对调理后的量子读出信号进行测量与采集，为量子比特行为分析提供原始数据支持。该实验验证了数字化采集系统在复杂量子测量环境中的协同工作能力与长期运行稳定性，为双量子比特处理器的功能验证与性能优化提供了数据基础。
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