SpinControl: software di controllo per la prototipazione e il benchmarking di dispositivi a qubit di spin e protocolli di misura

Abstract degli autori

I computer quantistici richiedono software per controllare gli stati dei qubit. Man mano che le operazioni sui qubit diventano più complesse con l’esecuzione dei circuiti, la calibrazione e il benchmarking, cresce di pari passo anche la complessità del software di controllo. I computer quantistici a qubit di spin si trovano in una fase in cui gli sperimentatori hanno bisogno di accesso a basso livello per la regolazione e la calibrazione, mentre i ricercatori di algoritmi quantistici vogliono un accesso ad alto livello, a livello di circuito. In questo articolo presentiamo la progettazione software di SpinControl. SpinControl integra tre metriche architetturali: 1) la personalizzabilità, che consente di prototipare dispositivi e protocolli di misura, è ottenuta separando i dati dal comportamento; 2) la modularità e l’estensibilità sono ottenute suddividendo le funzionalità in componenti distinti; e 3) la robustezza, necessaria per eseguire in modo affidabile circuiti quantistici su molti qubit, è ottenuta tramite pipeline CI e convalida degli input. SpinControl consente diversi tipi di misure e, al contempo, di personalizzare gli strumenti utilizzati, il programma a impulsi o a circuiti eseguito e l’elaborazione dei dati. Consente di costruire esperimenti standardizzati a partire da elementi costitutivi di misurazione e analisi e di eseguirli per la calibrazione in un ordine personalizzato e condizionale. SpinControl implementa queste funzionalità insieme a una gestione robusta della configurazione e dei dati, a una connessione al cloud e alla pianificazione delle calibrazioni. La compilazione di impulsi e circuiti, le matrici dei gate virtuali e le GUI specifiche per i qubit di spin integrate da SpinControl fanno ampio uso di pacchetti software sviluppati da Delft University of Technology: pulse lib, core-tools (entrambi open source) e QConstruct.