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凱澤斯勞滕理工大學(xué)（Technische Universit?t Kaiserslautern），位于德國萊茵蘭-普法爾茨州，是一所國立理工科大學(xué)。該大學(xué)成立于1970年7月13日，最初是特里爾/凱澤斯勞滕兄弟大學(xué)的一部分。1975年，凱澤斯勞滕理工大學(xué)從特里爾與凱澤斯勞滕兄弟大學(xué)中分離出來，獨(dú)立成為今天的凱澤斯勞滕理工大學(xué)。2003年，該大學(xué)被正式命名為Technische Universit?t Kaiserslautern，是一所具有強(qiáng)烈研究導(dǎo)向和國際聲譽(yù)的理工科大學(xué)，提供了豐富的學(xué)習(xí)計(jì)劃和科研機(jī)會(huì)。

創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)（QC）的方法有很多，凱澤斯勞滕理工大學(xué)在Rymax One合作中采用的方法就是創(chuàng)建一個(gè)由單個(gè)原子組成的陣列，并將這些原子作為量子位使用。然而，其挑戰(zhàn)在于每個(gè)原子的定位必須十分精準(zhǔn)。因此，凱澤斯勞滕理工大學(xué)使用了激光，并將每個(gè)原子都有效地鎖定在激光束中心，如同光鑷陣列一樣。然而，對每個(gè)激光束的移動(dòng)進(jìn)行逐點(diǎn)編程需要大量的編程和數(shù)據(jù)。

Rymax One QC：由凱澤斯勞滕理工大學(xué)（Technische Universit?t Kaiserslautern）參與的一個(gè)量子計(jì)算機(jī)開發(fā)項(xiàng)目，采用光學(xué)鑷子將單個(gè)鐿原子懸浮在真空中，使其處于里德伯態(tài)。Rymax合作專注于量子優(yōu)化問題，例如最大獨(dú)立集問題，以及諸如QAOA或量子退火等算法來尋找解決方案。這使他們能夠?yàn)椤?a href="http://www.www27dydycom.cn/analog/" target="_blank">模擬”量子計(jì)算創(chuàng)建優(yōu)化的硬件。該設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是動(dòng)態(tài)控制紫外激光的光，這需要對不同的射頻信號(hào)進(jìn)行完全控制。

光鑷陣列Optical Tweezer Array：光鑷陣列是一種基于光鑷技術(shù)的先進(jìn)裝置，用于同時(shí)對多個(gè)微粒進(jìn)行三維操縱。光鑷技術(shù)自1986年由Ashkin等人發(fā)明以來，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展。最初的光鑷只能控制單個(gè)微粒，而陣列光鑷的出現(xiàn)使得同時(shí)操縱多個(gè)微粒成為可能。該技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、物理、化學(xué)等多個(gè)研究領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，例如在細(xì)胞操縱、微粒組裝、光學(xué)測量等領(lǐng)域。由于其高精度和靈活性，光鑷陣列被視為一種非常有價(jià)值的工具，尤其在微納尺度的研究中。

為此，德思特Spectrum推出了全新的直接數(shù)字頻率合成（DDS）固件選項(xiàng)，通過幾個(gè)簡單的命令就能控制激光的位置。這些命令定義了開始和終止時(shí)的參數(shù)，因此避免了大量耗時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算。

物理學(xué)博士 Jonas Witzenrath 表示：“該產(chǎn)品對推動(dòng)我們的研究進(jìn)展產(chǎn)生了巨大的影響。全新的DDS選項(xiàng)不僅使我們?nèi)〉昧丝焖俚倪M(jìn)展，還能簡化系統(tǒng)的復(fù)雜性，使我們能夠更加專注于研究。接下來，我們將通過DDS固件的動(dòng)態(tài)特性對靜態(tài)二維陣列中的原子進(jìn)行重新排序?！贝送?，Jonas將使用任意波形發(fā)生器(AWG)來生成理想的紫外激光脈沖，以精確控制量子位之間的交互?！?/p>

物理學(xué)博士Jonas Witzenrath在位于德國凱澤斯勞滕理工大學(xué)的量子實(shí)驗(yàn)裝置前

"DDS已經(jīng)成為我們項(xiàng)目中的重要工具。此外，我們還發(fā)現(xiàn)DDS靈活的特性使它還適用于實(shí)驗(yàn)室的其他功能，所以這也節(jié)省了我們購買脈沖激光和調(diào)制生成器等其它設(shè)備的費(fèi)用。為了開發(fā)DDS更多的功能，我們與德思特Spectrum展開了密切的合作。目前，我們也正在努力擴(kuò)大DDS功能在實(shí)驗(yàn)室研究中的其他用途，使其發(fā)揮最大潛力?！?/p>

他補(bǔ)充到：“德思特Spectrum旗下的AWG卡模擬性能卓越、內(nèi)存大且傳輸速度非?？?，因此成為了量子研究的首選解決方案。傳輸速度對于實(shí)驗(yàn)而言非常重要，因?yàn)樵谟?jì)算重新排列的波形并將其傳輸?shù)娇ㄉ线@段時(shí)間實(shí)驗(yàn)必須暫停。德思特Spectrum的AWG卡憑借卓越的傳輸速度，使其在同類產(chǎn)品中脫穎而出，這也是該產(chǎn)品在AMO/QC社群中被廣泛使用的主要原因。此外，AWG卡的操作速度也尤為重要?？焖貯WG存在數(shù)十毫秒的固有延遲或較大的抖動(dòng)問題，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在校正和重新校正時(shí)不準(zhǔn)確或需要更長的處理時(shí)間。DDS固件使Spectrum的AWG能夠在20微秒內(nèi)生成命令，得益于固有的定時(shí)，這些命令實(shí)際上是無抖動(dòng)的?！?/p>

聲光偏轉(zhuǎn)器（紅色箭頭所示）將一個(gè)激光束分成多個(gè)可控的單束激光，用于捕獲和持有原子

DDS是通過單個(gè)固定頻率參考時(shí)鐘生成任意周期正弦波的方法。該技術(shù)被廣泛使用于信號(hào)生成類應(yīng)用中。用戶能夠通過德思特Spectrum提供的DDS選項(xiàng)，定義每張AWG卡上的23個(gè)DDS核心。這些核心隨后會(huì)被發(fā)送至硬件輸出通道。用戶可以對每個(gè)DDS核心（正弦波）的頻率、幅度、相位、頻率斜率和幅度斜率進(jìn)行編程。DDS輸出能夠與外部觸發(fā)事件或與分辨率為6.4ns的可編程定時(shí)器同步。

在DDS模式下，AWG可作為多音DDS信號(hào)的發(fā)生器。該設(shè)備內(nèi)置4GB內(nèi)存和快速DMA傳輸模式，使DDS命令的傳輸速度高達(dá)每秒1000萬條。這種獨(dú)特的能力讓用戶能夠通過簡單易用的DDS命令靈活地執(zhí)行用戶自定義斜率（例如S形）以及各種調(diào)制類型（例如FM和AM）。

在一個(gè)實(shí)驗(yàn)示例中，德思特SpectrumM4i.6631-x8 AWG卡被用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）以產(chǎn)生一個(gè)光鑷來捕獲原子。AOD是通過一個(gè)約為82MHz的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在當(dāng)前設(shè)置中，射頻信號(hào)每改變1MHz，就會(huì)使鑷子沿S形頻率斜坡在100μs內(nèi)移動(dòng)8μm以最小化加熱效應(yīng)。在此期間，信號(hào)的幅度將線性地改變以補(bǔ)償光強(qiáng)度的變化。

廣泛應(yīng)用于量子研究：M4i.6631-x8任意波形發(fā)生器，采樣速度為1.25 GS/s，分辨率為16位，雙通道

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審核編輯 黃宇