SQ-CARS riduce di 10 volte il costo degli esperimenti quantistici

SQ-CARS riduce di 10 volte il costo degli esperimenti quantistici

I computer quantistici sono pronti a trasformare la nostra comprensione di problemi informatici complessi. Tuttavia, permangono le sfide legate al collegamento dell’elettronica classica a questi sistemi quantistici.

In questo nuovo articolo vedremo come un team di ricercatori ha sviluppato un sistema innovativo Sistema scalabile di controllo e lettura quantitativa (SQ-CARS)Per affrontare queste sfide e aprire la strada a esperimenti quantistici avanzati a costi inferiori e con un ingombro ridotto.

Sfide legate al collegamento dell’elettronica classica e dei qubit

I qubit, gli elementi costitutivi dei computer quantistici, richiedono segnali elettromagnetici ad alta frequenza (GHZ) per controllare e leggere i loro stati quantistici. La configurazione tradizionale per generare e acquisire tali segnali è spesso costosa, complessa e comprende molti componenti.

Una possibile soluzione è sviluppare uno specifico sistema basato su FPGA che combini tutte le funzioni dell’hardware convenzionale su un’unica scheda. Tuttavia, è necessario prendere in considerazione tre sfide principali: generazione e acquisizione di segnali a microonde ad alta risoluzione, scalabilità e interfaccia intuitiva.

SQ-CARS: risposta innovativa

In un nuovo studio, hanno concluso i ricercatori dei Dipartimenti di Fisica e Ingegneria dei Sistemi Elettronici dell’Università del QatarIstituto Internazionale delle Scienze Affronta queste sfide sviluppando Sistema scalabile di controllo e lettura quantitativa (SQ-CARS)Utilizzo della scheda FPGA Xilinx RFSoC.

Il team ha testato il sistema SQ-CARS eseguendo vari esperimenti utilizzando qubit superconduttori e confrontandoli con una configurazione classica.

SQ-CARS è una piattaforma elettronica versatile che è stata ampiamente ottimizzata in termini di velocità, dimensioni, complessità e costi, con misurazione di dispositivi multi-qubit nel dominio delle microonde. “, afferma Vibhor Singh, professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell’IISc e coautore dello studio. Per quanto ne so, questo è il primo sforzo tecnologico profondo in India. »

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In alto a sinistra: foto di un rack elettronico che mostra le varie apparecchiature di test e misurazione utilizzate negli esperimenti. In alto al centro: immagine del chip superconduttore e della sua confezione. In alto a destra: immagine delle carte sviluppate per alimentare SQ-CARS. In basso a destra: installazione del chip qubit nell’impostazione a bassa temperatura. In basso a sinistra: il misuratore pieno mostra l’immagine di un frigorifero a diluizione funzionante a 10 mK. Credito – Istituto Internazionale delle Scienze

Una piattaforma scalabile e facile da usare per i fisici

Utilizzando SQ-CARS, i ricercatori hanno sviluppato una piattaforma scalabile e facile da usare che consente ai fisici di eseguire esperimenti quantistici avanzati a una frazione del costo (più di 10 volte più economico) e con una significativa riduzione delle dimensioni.

Una delle sfide principali nello sviluppo di computer quantistici pratici è l’integrazione di un gran numero di qubit con controlli elettronici e sistemi di lettura. Questo lavoro getta le basi per processori quantistici locali scalabili “, afferma Chetan Singh Thakur, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi Elettronici dell’IISc e coautore dello studio.

Sintetico

Il sistema SQ-CARS rappresenta un importante passo avanti nel campo dei computer quantistici, fornendo una soluzione innovativa per collegare l’elettronica classica ai qubit. Questa piattaforma scalabile e facile da usare consente ai ricercatori di eseguire esperimenti quantistici avanzati a un costo inferiore e con un ingombro ridotto, aprendo la strada a nuove scoperte e applicazioni nel campo dell’informatica quantistica.

Mito illustrativo chiave: il sistema di controllo e lettura per un processore quantistico. I computer quantistici possono risolvere alcuni problemi computazionali molto più velocemente dei normali computer utilizzando proprietà quantistiche specifiche. Gli elementi base di queste macchine sono chiamati bit quantistici o qubit. I qubit possono essere realizzati utilizzando molte piattaforme fisiche come spin nucleari, ioni intrappolati, atomi freddi, fotoni e circuiti Josephson superconduttori. Molti di questi qubit operano nel campo delle microonde e richiedono componenti elettronici specializzati a temperatura ambiente per controllare e leggere gli stati quantistici dei qubit. Credito: Istituto indiano di scienza (IISc)

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Articolo: “SQ-CARS: un sistema scalabile di controllo e lettura quantistica” – DOI: 10.1109/TIM.2023.3305656

[ Rédaction ]

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