量子控制与测量的多FPGA同步及数据通信

过去十年间,量子计算已从仅有几个量子比特的新奇物理实验,发展为具备数百量子比特的商用系统。随着量子计算机量子比特数量的持续增加,经典控制系统也需相应扩展。虽然目前存在少数昂贵的多板卡商用解决方案,但多数开源方案仍局限于单板卡射频片上系统(RFSoC)。多板卡方案的核心要求在于板卡间的时钟同步,以及为执行实时反馈而实现低延迟数据传输的能力。在该工作中,研究人员设计了一个时钟同步框架,用于在多块RFSoC板卡间分配确定性时钟并同步时钟计数器,从而生成用于控制量子比特的时间对齐射频(RF)脉冲。该团队还开发了基于光纤链路的数据通信系统,用于在多块现场可编程门阵列(FPGA)间传输量子测量数据。这一时钟同步与数据通信模块已被集成至开源量子控制系统QubiC中,使得跨多板卡执行量子算法成为可能。通过室温量子比特读出模拟器的基准测试,该工作验证了所提出设计的有效性。

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