光谱仪器公司的 AWG 卡用于在光学镊子阵列中将原子定位为量子比特

建造量子计算机（QC）的方法有很多种，凯泽斯劳滕理工大学在 Rymax One 合作项目中采用的方法是创建一个由单个原子组成的阵列，这些原子充当量子比特。所面临的挑战是移动并保持每个原子的精确位置。要做到这一点，需要在每个原子上使用激光，将其困在激光束的中心，有效地起到光学镊子的作用。然而，目前对光束的每次移动进行逐点编程需要大量的编程和大量的数据。现在，使用光谱仪器公司新推出的直接数字合成（DDS）固件选件后，这一要求已大大降低，只需几条简单的命令，定义启动和停止参数，就能控制激光的位置，而无需进行耗时的大量数据阵列计算。

研究生物理学家 Jonas Witzenrath 在德国凯泽斯劳滕大学的量子实验装置上

Jonas Witzenrath 博士说："这对我们的研究进展产生了巨大的影响。使用新的 DDS 选项，我们能够快速取得进展并降低系统的复杂性，使我们能够专注于推进研究。下一步，我们将利用 DDS 固件的动态功能，对静态二维阵列中的原子进行重新排序。此外，在下一阶段，他们将利用 AWG 来形成理想的紫外激光脉冲，以精确控制量子比特之间的相互作用。

"DDS已经成为我们项目中的重要工具，我们发现它实际上可以用于实验室的其他方面，因为它非常灵活，可以用于其他功能，这样我们就不必为它们购买专用设备。例如，脉冲激光器、啁啾发生器等。我们与仕必纯密切合作，开发了这项 DDS 功能，目前正在努力扩大其在研究中的可能用途，以便为其他实验室提供帮助。

他补充说，之所以选择仕必纯 AWG 卡，是因为它们正在成为量子研究的首选解决方案，因为它们具有出色的模拟性能，同时还具有大内存和向卡上高速传输的特点。后者至关重要，因为在计算出重新排序波形并上传到卡上之前，实验必须暂停。传输速度使 Spectrum AWG 卡有别于其他产品，这也是它们在 AMO/QC 界得到广泛应用的主要原因。卡的运行速度也非常重要。快速 AWG 有一个固有的问题，那就是数十毫秒的延迟或较大的抖动，这会导致系统在校正和重新校正时出现不准确和较长的处理时间。DDS 固件可使仕必纯的 AWG 在 20 微秒内生成命令，而且由于其固有的定时，这些命令几乎没有抖动。

声光偏转器（AOD，红色箭头）将一束激光分成许多可控的单光束，从而捕捉并固定原子

在一个实验示例中，光谱仪器公司的 AWG 卡 M4i.6631-x8 被用来驱动声光偏转器（AOD），产生镊子来捕获原子。AOD 由频率约为 82 兆赫的射频信号驱动。利用他们目前的设置，1 MHz 的变化可在 100 μs 内将镊子与原子移动约 8 μm，同时使用 s 型频率斜坡以尽量减少加热。在此期间，信号的振幅呈线性变化，以补偿光强度的变化。

DDS 固件选项

DDS 是一种从单个固定频率参考时钟生成任意周期正弦波的方法。它是一种广泛应用于各种信号生成应用的技术。Spectrum Instrumentation 的新选件允许用户为每个 AWG 卡定义 23 个 DDS 内核，这些内核可以路由到硬件输出通道。每个 DDS 内核（正弦波）可对频率、振幅、相位、频率斜率和振幅斜率进行编程。DDS 输出可与外部触发事件同步，或通过分辨率为 6.4 ns 的可编程定时器同步。

在 DDS 模式下，AWG 充当多音 DDS 信号发生器。设备内置的 4 GByte 存储器和快速 DMA 传输模式允许以高达每秒 1000 万条命令的速度流式传输 DDS 命令！这种独特的功能使用户可以灵活地使用简单易用。

被全球量子研究人员广泛使用：M4i.6631-x8 任意波形发生器具有 1.25 GS/s 采样速度、16 位分辨率和 2 个通道

Rymax One QC 设计 

自 2021 年以来，光谱仪器公司和凯泽斯劳滕大学一直是 BMBF（德国联邦教育和研究部）资助项目 "量子技术--从基础研究到市场 "的一部分，是 Rymax One 联合企业的成员。该联盟的目标是建立一个量子优化器。为此，利用光学镊子将单个镱原子悬浮在真空中，使其处于雷德贝格状态。Rymax 合作项目特别关注量子优化问题，如最大独立集问题，以及寻找解决方案的 QAOA 或量子退火等算法。这使他们能够为 "模拟 "量子计算构建优化的硬件。设计的一个关键方面是对（紫外）激光的动态控制，为此需要对不同的射频信号进行全面控制。这正是 Spectrum Instrumentation 长期积累的专业知识的价值所在。

关于光谱仪器公司

仕必纯仪器公司（Spectrum Instrumentation）成立于 1989 年，采用独特的模块化理念，设计并生产了 200 多种数字转换器和信号发生器产品，包括 PC 卡（PCIe 和 PXIe）和独立以太网单元（LXI）。30 多年来，仕必纯的客户遍布全球，其中包括许多 A 级行业领先企业和几乎所有著名大学。公司总部位于德国汉堡附近，以其 5 年质保和直接来自设计工程师的出色支持而闻名。有关仕必纯的更多信息，请访问 www.spectrum-instrumentation.com。