Il QICK Box: un sistema modulare front-end RF per il controllo e la lettura quantistici

Abstract degli autori

Il QICK (Quantum Instrumentation Control Kit), presentato per la prima volta nel 2022, è un sistema di controllo open source autonomo per la scienza dell’informazione quantistica. Da allora, QICK è stato trasferito su nuove piattaforme hardware e le sue funzionalità sono state ampliate per applicazioni con diversi tipi di qubit (superconduttivi, atomici, a ioni intrappolati e difetti di spin), oltre che con sensori quantistici e reti quantistiche. QICK è un kit di controllo altamente ottimizzato, con una libreria di funzioni utilizzabili per più di un’applicazione. In particolare, software e firmware sono personalizzati per ridurre al minimo la latenza e massimizzare le prestazioni di controllo e il throughput. In questo white paper descriviamo i dettagli hardware e le prestazioni del QICK Box. Il QICK Box dispone di un massimo di 16 uscite, fino a 8 ingressi e 8 bias DC a 20 bit. Le schede figlie modulari di ingresso e uscita consentono di scegliere catene di segnale ottimizzate per segnali veloci accoppiati in DC o per segnali RF fino a 10 GHz. I livelli di potenza, l’attenuazione a passi e il filtraggio passa-banda sono controllati via software. Dimostriamo le prestazioni del sistema attraverso misure di lettura single-shot di un dispositivo a sei transmon presso il Quantum Underground Instrumentation Experimental Testbed (QUIET) del Fermilab, ottenendo una fedeltà di lettura pari a (91,7 +/- 0,4)%, limitata dal decadimento T1 durante la lettura. Il rapporto segnale-rumore (SNR) della lettura single-shot è 4,4 +/- 0,1 senza un amplificatore quantistico, a conferma che il QICK Box è adatto ad applicazioni di controllo e misura quantistici ad alta fedeltà. I progressi nel firmware e nel software saranno descritti in un articolo separato.