本源量子推出集成的有源Bias-Tee耦合器,助力量子芯片集成控制

发布时间:2018-11-26 10:03:43

本源量子16通道有源Bias-Tee耦合器是一款高效、可集成的混合信号耦合器,能够有效解决低频段输出波形失真的问题,能够满足16位量子芯片的精准控制需求,可广泛应用于模拟电路设计、射频系统、基础科学研究等。

量子芯片在执行运算时,需要量子计算机控制系统将量子程序编译成具体的模拟脉冲序列发送至量子芯片。而多数情况下,量子计算机控制系统不能通过单一源生成最终信号,比如说包含大直流偏置的脉冲信号。

在量子计算中,包含大直流偏置的脉冲信号被大量应用在量子逻辑门操控中。比如在一种两比特通用量子逻辑门CZ门的实施中,我们需要对被操作的两个量子比特分别施加一个包含大直流偏置的经修饰的短脉冲,见图1。通常短脉冲使用任意波形发生器生成,大直流偏置用精密直流源表生成,两者的后级线路设计也完全不同。我们不可能将所有的偏置设为零以简化脉冲信号的生成系统,否则会大幅降低短脉冲的实施效率。而目前量子芯片正在走向飞速的集成化,对包含大直流偏置的脉冲信号数量的需求也将愈加严重。量子计算行业研究者迫切需要一个高效、可集成的混合信号耦合器。

图1 CZ逻辑门操作的实施示意图,脉冲用于实现逻辑门操作效果,偏置用于将被操作的两个量子比特置于有效的隔离范围。引自Nature 508, 500–503 (2014)

本源量子特别推出了16通道集成的有源Bias-Tee耦合器,用于满足上述需求。普通的Bias-Tee是电容-电感-电阻的T型耦合器,用于射频信号和直流信号的混合。但是因其阻抗不匹配,导致被混合信号为脉冲时输出信号变形严重。除此以外,因具有电容电感,普通的Bias-Tee在一定程度上会导致严重的信号回滞现象,大幅降低了其在量子计算中的应用。因此,我们设计了有源的Bias-Tee耦合器,利用基于高速运放的加法电路替换传统Y型耦合器结构,以实现更宽带、低回滞的信号耦合效果,尤其适用于大直流偏置与脉冲的合成。同时,为了满足量子计算的集成化趋势下的需求,我们设计了高度集成的模块产品,具有至少16组耦合通道,并可基于用户需要进一步集成。

 

图2 16通道Bias-Tee耦合器OriginQ-BT16

产品优势

16通道有源Bias-Tee耦合器在性能上明显优于传统Bias-Tee产品。它最大的优势是能够有效解决低频段输出波形失真的问题,除此以外,它具有非常好的鲁棒性。其中直流输入通道的最大工作幅度达到16.5V,最大输出电流高达175mA。16个通道间彼此保持独立,通道间隔离度>30dB(低于0.1%的串扰)。

 

图3 BT16的输出性能

应用价值

BT16型号可用于满足16位量子芯片的精准控制需求,除此以外,它可以用于模拟电路设计、基础科学研究、射频系统等。