Scalable MW generator for quantum applications
Authors
Date
2021Copyright
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Tässä työssä esitellään kahdeksankanavainen, vaihelukittuun silmukkaan perustuva mikroaaltolähde, jonka taajuusalue on 2 GHz−8 GHz. Laitteen etu olemassa oleviin kaupallisiin
signaaligeneraattoreihin nähden on kubittien kontrollointiin räätälöity taajuusalue sekä
skaalautuvuus - laitteen kahdeksan kanavaa toimivat toisistaan riippumatta, ja useampia
laitteita voi pinota päällekkäin.
Laitteen toteutuksessa kiinnitettiin erityistä huomiota kohinan ehkäisyyn.
Valmiin
laitteen kohinatasoksi mitattiin noin −100 dBc/Hz etäisyydellä 1 kHz kantoaallosta ja
−145 dBc/Hz etäisyydellä 10 MHz kantoaallosta. Eri kanavien välinen ylikuuluminen oli
enimmillään tasoa −60 dB. Kohinaa olisi kenties ollut mahdollista saada vielä alemmas
erottamalla piirilevyn signaalit paremmin RF-värähtelijöistä sekä toisistaan, ja käyttämällä
enemmän kondensaattoreita suodattamaan jännitteisiä piirilevykerroksia. Kanavien välistä
ylikuulumista olisi ollut mahdollista vähentää parantamalla kanavien välistä eristystä.
Tämän tekstin alkuosassa pohjustetaan mikroaaltolähteen roolia kvanttilaskennassa kertaamalla vuokubittien toimintaperiaate sekä se, miten kubitteja teoriassa kontrolloidaan
mikroaaltojen avulla. Kohinan vaikutusta kubitteihin käsitellään erillisessä kappaleessa,
jonka tarkoituksena on perustella mikroaaltolähteelle asetettua alhaisen kohinatason vaatimusta.
Tekstin jälkipuoli käsittelee vaihelukitun silmukan toimintaa sekä mikroaaltolähteen toteutusta komponentti- ja piirilevytasolta lopullisiin mittauksiin. Vertailun vuoksi on esitetty
myös joidenkin vastaavien kaupallisten laitteiden kohinakäyriä. Lopuksi käydään lyhyesti
läpi mikroaaltolähteelle suunnitellut IEC- ja CISPR-standardeihin perustuvat testit, joiden
läpäiseminen mahdollistaa EMC-sertifikaatin saamisen laitteelle.
...
This work presents a prototype of an eight-channel PLL-based microwave source with
a frequency range from 2 GHz to 8 GHz. The advantage of the device compared to
commercial devices is the frequency range adjusted for the purpose of qubit control, and
good scalability - the eight chalnnels of the device can be operated independently, and
multiple devices can be stacked on top of each other.
A remarkable feature is the phase coherence between any two channels, in the same device
or different devices. The phase drift after warm-up remains below 1 ° in 12 hours.
The phase noise level of the device was measured to be −100 dBc/Hz at 1 kHz offset and
−145 dBc/Hz at 10 MHz offset. The crosstalk between channels was −60 dB at maximum.
The noise performance could be further improved by enhancing the isolation of the PCB
signal traces from the RF oscillators and from each other, and by using more capacitors to
filter the power supplies. The channel cross talk could be lowered with more sophisticated
shielding between the channels.
The first sections of this text offer a revision to the operation of flux qubits, in order to
establish an insight about the role of microwaves in the qubit control system. A separate
section is dedicated for the effects of noise on the qubits, which justifies the low-noise
requirements for the microwave source.
The latter part of the text focuses on phase locked loops and the implementation of the
microwave generator from component-level to PCB and final measurements. Phase noise
graphs of some commercial devices are presented for comparison. In the end, an overlook
to standard IEC/CISPR tests required for an EMC certificate is provided.
...
Keywords
Metadata
Show full item recordCollections
- Pro gradu -tutkielmat [29116]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Novel high-performance QCA Fredkin gate and designing scalable QCA binary to gray and vice versa
Safaiezadeh, Behrouz; Kettunen, Lauri; Haghparast, Majid (Springer Science and Business Media LLC, 2023)In the design of digital logic circuits, QCA technology is an excellent alternative to CMOS technology. Its advantages over CMOS include low power consumption, fast circuit switching, and nanoscale design. Circuits that ... -
Software architecture for quantum computing systems : a systematic review
Khan, Arif Ali; Ahmad, Aakash; Waseem, Muhammad; Liang, Peng; Fahmideh, Mahdi; Mikkonen, Tommi; Abrahamsson, Pekka (Elsevier BV, 2023)Quantum computing systems rely on the principles of quantum mechanics to perform a multitude of computationally challenging tasks more efficiently than their classical counterparts. The architecture of software-intensive ... -
Qubernetes : Towards a unified cloud-native execution platform for hybrid classic-quantum computing
Stirbu, Vlad; Kinanen, Otso; Haghparast, Majid; Mikkonen, Tommi (Elsevier, 2024)Context: The emergence of quantum computing proposes a revolutionary paradigm that can radically transform numerous scientific and industrial application domains. The ability of quantum computers to scale computations ... -
Toward Quaternary QCA : Novel Majority and XOR Fuzzy Gates
Akbari-Hasanjani, Reza; Sabbaghi-Nadooshan, Reza; Haghparast, Majid (Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2022)As an emerging nanotechnology, quantum-dot cellular automata (QCA) has been considered an alternative to CMOS technology that suffers from problems such as leakage current. Moreover, QCA is suitable for multi-valued logic ... -
Design and simulation of QCA-based 3-bit binary to gray and vice versa code converter in reversible and non-reversible mode
Safaiezadeh, Behrouz; Mahdipour, Ebrahim; Haghparast, Majid; Sayedsalehi, Samira; Hosseinzadeh, Mehdi (Elsevier, 2022)The current Very Large-Scale Integration (VLSI) technology has reached its peak due to the fundamental physical limits of Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS). Quantum-dot Cellular Automata (QCA) is considered a ...