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硅基光(量子)计算芯片移相器热调测试如何翻倍加速?

2024-04-02 光学小豆芽 阅读:
硅基光量子芯片技术是集成光子领域的科研热点方向之一。得益于兼容CMOS工艺和硅材料特性,硅基集成光学芯片和器件具有成本低、尺寸小、功耗低、高集成度等诸多优势,为大规模光计算、光量子计算和信息处理应用提

硅基光量子芯片技术是集成光子领域的科研热点方向之一。得益于兼容CMOS工艺和硅材料特性,硅基集成光学芯片和器件具有成本低、尺寸小、功耗低、高集成度等诸多优势,为大规模光计算、光量子计算和信息处理应用提供理想平台。

马赫-曾德尔干涉仪(MZI)是光(量子)计算芯片实现高精度编程操作的核心器件,通过对MZI和移相器的组合调制,可以完成量子态编码这一关键步骤,提升光量子芯片信息处理能力。QGBednc

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图(a)为1 个实现任意的幺正变换的芯片结构, 图 (b) 为 1 个可以实现任意两比特量子操作的芯片结构,片上集成大量MZI器件(图源:光量子芯片中级联移相器的快速标定方法,High-speed calibration method for cascaded phase shifters in integrated quantum photonic chips,Xing Ze-Yu Li Zhi-Hao Feng Tian-Feng Zhou Xiao-Qi,Acta Physica Sinica, 70, 184207 (2021) DOI: 10.7498/aps.70.20210401)QGBednc

具体而言,实验者通过施加不同的电流、电压来调节MZI上下臂传输光的相位差,进而改变输出光的强度和相位,从而产生干涉,实现对光路的控制。要最大化提升芯片计算精度,需要准确找到移相器相位与驱动电压、电流之间的函数关系。随着片上级联MZI数量的激增,电流、电压与移相器相位的组合结果呈指数级上涨。因此,寻找到一种高效、带有反馈的移相器电流、电压调节方式尤为重要。

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马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构示意图(图片来源:http://cdsweb.cern.ch/record/2282332/files/SimoneCammarata_SummerStudentReport2017_FinalVersion.pdf)QGBednc

硅臻光芯片MZI热调测试方案

硅臻程控多通道电流(电压)源体积小巧,可实现多达64通道的高精度恒定电流和恒定电压输出。实验者通过SCSI屏蔽电缆线将电流电压源连接至PCB下载转接板,可同时对64个通道施加合适的电压或电流,调节得到想要的光信号。各通道加载值起初是随机的,实验者通过反馈函数每次迭代找到合适的值,以实现电流值、电压值设置值的快速切换。其中,系列产品单通道最大电流值可达100mA。

此方案支持两种电流、电压调节方式:

  1. 1.   手调:通过上位机软件直接输入指标

  2. 2.   Python指令自动化控制:通过Python编程电流电压源给芯片传输控制信号,随后检测PD值,并通过电脑编码反馈给电流电压源改变控制信号,直至获得想要的结果。

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    硅臻光计算芯片MZI热调测试方案

    硅臻热调测控方案现已成功应用于国内20多个一流高校、科研院所的硅光芯片研究课题组,一起来看看硅臻用户怎么说?

    用户测控臻芯话:

    “硅臻电流电压源第一个显著优势就是多通道,多达64个通道,能满足更大规模的芯片控制。二是转接板更方便,硅臻提供的转接板连接光芯片很方便灵活,不需要像之前还要专门去定制设计转接板。”

    ——山西大学 贾老师

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    用户供图1

    “之前用NI的测控方案,硅臻的这个转接板比较方便,之前方案要自己定制设计转接板,比较麻烦。第二个是接口,硅臻这个电源通过串口连接比较方便,之前的方案要用雷电口,很多上位机没有相应的接口。”

    ——复旦大学 王博士

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    用户供图2

    “硅臻的电流电压源控制起来比较方便。之前用的方案要级联好几个电源,用起来比较麻烦,没那么方便。”

    ——北京理工大学何老师

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    用户供图3

    “体验比较明显就是多通道,其他电压源很少能做到这么多通道的,之前最多就是2-3个通道,或者自己做FPGA的电路板实现这个通道。另外就是电流源的精度也比较高,能够满足测控的需求。”

    ——北京大学 张老师

    “一是集产品设计很紧凑,小巧,节省空间;二是产品的集成度很高,在小巧的体积里集成了电流源、电压源等功能,还提供上位机;三是操作比较灵活,通过程序编码可以实现很灵活的控制。”

    ——清华大学黄博士

    硅臻程控多通道电流电压源感恩活动已持续2周,后台收到不少用户的精彩留言。第一轮礼品将陆续寄出,请注意查收。感谢大家对硅臻多通道电流电压源的支持与建议,我们会不断优化产品性能,后续推出升级版本,为广大客户提供更舒心的体验与服务。现在,关注硅臻公众号,分享你的测试经验赢取精美礼品,还有机会获得免费试用。

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    责编:Demi
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