SPECTRUM的AWG卡在量子計算機領域的應用案例

  斯圖加特大學為他們的實驗選擇了spectrum的一款任意波形發生器，其中金剛石中的單個原子被氮原子取代。這種方法是應用于原子級的磁場探測器或量子計算機中的量子位的基礎。
去除單個原子
  斯圖加特大學物理系正在研究單一固態缺陷領域，特別關注金剛石中的氮空位（NV）中心，這些中心是通過去除碳原子并用氮原子取代形成的一個NV對。NV缺陷中心可作為一種原子大小的磁場傳感器，有效地利用納米級的核磁共振(NMR)裝置來檢測NV的自旋與微小的局部磁場的相互作用，從而檢測出強度和頻率。例如，測量硬盤驅動器上微小的讀/寫頭的磁場強度，以使其具有特征。納米NMR功能也可以用于單個蛋白質或薄膜的結構分析，因為只需要幾個自旋就可以測量這些小樣本，而不像正常大小的NMR。  在量子計算中，NVs也可以作為一個量子位，利用兩個自旋狀態和它們之間的疊加來處理。這是特別有趣的，因為它們在室溫下有穩定的自旋態，這與需要超低溫度和壓力的類似選項不同。在金剛石的深度上，一些NVs通常是5nm，這取決于將氮原子植入金剛石晶格的能量。其目的是能夠一次植入它們，為量子計算創建陣列。
任意波形發生器是必需的
  利用光激脈沖序列和微波和射頻脈沖對NV中心進行控制。這需要非常精確的短脈沖序列。Spectrum的新一代任意波形發生器(AWG)被選擇為這一頻譜提供輸入，因為Spectrum能夠提供所需的10個輸出通道（4個模擬通道和6個數字通道）的AWG提供輸入。Spectrum的模塊化設計理念使該公司能夠通過增加一個內部子板來為標準的四個模擬通道增加六個額外的數字標記通道，以提供額外的連接。所使用的AWG型號是DN2.663-04 generatorNETBOX，它是一個獨立的設備，通過以太網連接到控制PC。AWG控制激光器，使用IQ調制的微波信號，產生射頻脈沖，并觸發數據采集設備來確定自旋狀態。實驗物理學家Thomas Oeckinghaus解釋說:“實際上，它通過大量的輸出通道來運行整個實驗。”他正在做這項研究的博士學位。“選擇spectrum的AWG產品的關鍵因素是它的速度，因為我們的實驗需要非常短的脈沖，時間在10到20納秒之間。在1.25 GSamples/s中，它可以用800皮秒的非常高的時間分辨率來控制他們。”
新的設備
  使用新的設備，特別是提供高靈活性的設備，總是很有挑戰性的，不過他發現用戶手冊文檔寫的非常清楚，這使安裝變得簡單明了。只遇到一個問題，Spectrum在第二天提供了一個新的驅動程序并進行了修復。他總結道:“在選擇新設備時，檢查清單中經常可以忽略售后支持，”他總結道。 “第二天有一個修復程序給我留下了深刻的印象。這讓我有信心，如果我遇到問題，Spectrum會很快對它進行解決。“Spectrum AWG的每個通道都有一個16位數模轉換器（DAC），可以生成頻率范圍從DC到400 MHz的精確靈活的波形，以模擬真實世界的信號。為了生成長而復雜的波形，AWG具有多種操作模式，如單次，循環，FIFO，門控和序列重放。 AWG甚至可以在新波形數據發送到板載內存時輸出信號。