超导量子计算室温电子学读出系统研究
发布时间：2022-08-09 12:18
量子计算与量子通信是作为量子信息科学区别于传统信息科学最显著的两项应用与实践。它们不仅力证了量子力学的正确性,而且作为量子力学与信息科学的交叉产物,它们赋予了传统信息科学新的拓展思路,在特定的应用场景下有着经典方法无法比拟的优势。以“人造量子比特”-约瑟夫森结为主要核心元件的超导量子计算体系以其低噪声,高集成度,优秀的相干性等优势在近年来的量子计算竞争舞台上大放异彩,赢得谷歌,微软,英特尔等多方巨头的关注与持续投入。我国首台上线的量子计算机也是基于超导量子计算系统研制而成。目前报道的主流的量子算法演示仍然以开环的静态量子线路为主,其特点是在量子比特上施加一系列的门操控序列,最后以测量作为结束步骤。但是,仅仅依靠静态量子线路是无法最终实现规模化的量子计算机的。由于各方面的原因,激发态的量子比特的能量和相位都会随时间产生退相干现象,而处于基态的量子比特也会以一定低概率被热激发到激发态。这一自然的退相干以及热激发过程都会给量子计算带来内禀的误码率。唯有实现量子纠错,主动重置等关键算法,推进容错量子计算的实现,规模化量子计算机的实现才具备可能。这就对闭环的,能够根据量子末态实时调整操控门序列的...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略词对照表
第1章 绪论
1.1 背景及进展
1.2 量子信息基本概念简介
1.2.1 量子比特
1.2.2 量子比特门
1.3 超导量子计算
1.3.1 量子计算发展历程
1.3.2 超导量子体系
1.3.3 超导量子计算机系统
1.3.4 超导量子计算系统中经典反馈的重要性及其要求
1.3.5 超导量子计算经典反馈系统的最新进展
1.4 RRDPS量子通信
1.4.1 量子通信简介
1.4.2 RRDPS实验简介及其中反馈的重要性和需求
1.5 总结以及论文结构
第2章 室温电子学读取系统设计
2.1 超导量子计算室温电子学系统
2.1.1 超导量子计算室温电子学系统介绍
2.1.2 读出电子学需求分析
2.2 读取系统框架设计
2.2.1 现场可编程门阵列(FPGA)模块设计
2.2.2 数字模拟信号转换(ADC)模块
2.2.3 数据与通信模块
2.2.4 读出电子学同步以及控制
2.2.5 时钟管理模块
2.2.6 散热结构改进
2.3 读取系统及基本功能测试
2.3.1 千兆网性能测试
2.3.2 ADC动态指标性能测试
第3章 硬件实时解模算法设计及实现
3.1 实时解模的重要性及指标需求
3.1.1 静态量子线路介绍
3.1.2 实时解模的必要性
3.1.3 实时解模的操作对象
3.2 实时解模算法的实现
3.2.1 解模算法原理介绍
3.2.2 FPGA计算资源介绍
3.2.3 实时解模算法设计
3.2.4 解模算法部分关键时序
3.3 解模算法测试结果
3.3.1 画圆测试
3.3.2 软件后处理与硬件后处理对比测试
3.3.3 画校徽
第4章 超导量子计算实时量子反馈系统设计
4.1 量子反馈系统背景介绍
4.2 超导量子计算反馈功能需求
4.2.1 量子反馈时序特点
4.2.2 量子比特数据存储需求
4.2.3 量子比特数据压缩与加速处理需求
4.3 反馈系统架构设计
4.4 反馈功能模块设计
4.4.1 态判断模块设计
4.4.2 量子比特信息编码传输
4.4.3 量子比特信息压缩与统计
4.4.4 数据存储设计
4.5 反馈功能时序测试结果
第5章 室温电子学读取系统物理实验应用
5.1 静态量子线路演示—12超导量子比特真纠缠实验
5.2 动态量子线路演示—主动重置实验
第6章 RRDPS-QKD实验及反馈稳相系统应用
6.1 RRDPS-QKD实验背景
6.2 电子学系统介绍
6.3 基于闭环反馈设计的实时稳相算法
6.3.1 稳相阶准备段
6.3.2 密钥分发阶段
6.4 稳相及实验结果
第7章 总结与展望
7.1 本论文内容总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
本文编号：3672542
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略词对照表
第1章 绪论
1.1 背景及进展
1.2 量子信息基本概念简介
1.2.1 量子比特
1.2.2 量子比特门
1.3 超导量子计算
1.3.1 量子计算发展历程
1.3.2 超导量子体系
1.3.3 超导量子计算机系统
1.3.4 超导量子计算系统中经典反馈的重要性及其要求
1.3.5 超导量子计算经典反馈系统的最新进展
1.4 RRDPS量子通信
1.4.1 量子通信简介
1.4.2 RRDPS实验简介及其中反馈的重要性和需求
1.5 总结以及论文结构
第2章 室温电子学读取系统设计
2.1 超导量子计算室温电子学系统
2.1.1 超导量子计算室温电子学系统介绍
2.1.2 读出电子学需求分析
2.2 读取系统框架设计
2.2.1 现场可编程门阵列(FPGA)模块设计
2.2.2 数字模拟信号转换(ADC)模块
2.2.3 数据与通信模块
2.2.4 读出电子学同步以及控制
2.2.5 时钟管理模块
2.2.6 散热结构改进
2.3 读取系统及基本功能测试
2.3.1 千兆网性能测试
2.3.2 ADC动态指标性能测试
第3章 硬件实时解模算法设计及实现
3.1 实时解模的重要性及指标需求
3.1.1 静态量子线路介绍
3.1.2 实时解模的必要性
3.1.3 实时解模的操作对象
3.2 实时解模算法的实现
3.2.1 解模算法原理介绍
3.2.2 FPGA计算资源介绍
3.2.3 实时解模算法设计
3.2.4 解模算法部分关键时序
3.3 解模算法测试结果
3.3.1 画圆测试
3.3.2 软件后处理与硬件后处理对比测试
3.3.3 画校徽
第4章 超导量子计算实时量子反馈系统设计
4.1 量子反馈系统背景介绍
4.2 超导量子计算反馈功能需求
4.2.1 量子反馈时序特点
4.2.2 量子比特数据存储需求
4.2.3 量子比特数据压缩与加速处理需求
4.3 反馈系统架构设计
4.4 反馈功能模块设计
4.4.1 态判断模块设计
4.4.2 量子比特信息编码传输
4.4.3 量子比特信息压缩与统计
4.4.4 数据存储设计
4.5 反馈功能时序测试结果
第5章 室温电子学读取系统物理实验应用
5.1 静态量子线路演示—12超导量子比特真纠缠实验
5.2 动态量子线路演示—主动重置实验
第6章 RRDPS-QKD实验及反馈稳相系统应用
6.1 RRDPS-QKD实验背景
6.2 电子学系统介绍
6.3 基于闭环反馈设计的实时稳相算法
6.3.1 稳相阶准备段
6.3.2 密钥分发阶段
6.4 稳相及实验结果
第7章 总结与展望
7.1 本论文内容总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
本文编号：3672542
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3672542.html
