[发明专利]时间频率信号发生装置、量子测控系统及测控方法

说明书

本发明涉及量子测控技术领域，提供一种时间频率信号发生装置、量子测控系统及测控方法，时间频率信号发生装置通过公共时间频率接收模块与时间频率跟随模块结合的方式可以实现对原子钟产生的初始时间频率信号进行调节，消除原子钟产生的初始时间频率信号的长期频率漂移，使其可以跟随于基准时间频率信号，进而保证时间频率信号发生装置提供的目标时间频率信号更加准确，该时间频率信号发生装置可以适用于多设备的精确时间同步。

技术领域

本发明涉及量子测控技术领域，尤其涉及一种时间频率信号发生装置、量子测控系统及测控方法。

背景技术

随着量子计算已经发展到含噪声的中等规模量子(Noisy Intermediate-ScaleQuantum，NISQ)计算时代，量子计算机中量子芯片的量子比特数已将达到百位量级。因此，通用化、集成化、一体化、测试比特数量可扩展的量子测控系统的研制十分迫切。

在进行大规模的量子测控时，需要大量量子调控信号发生以及量子读出信号采集同步执行，同时，需要支持多台量子测控设备的同步级联以扩展更多的通道数量，实现更多的同步输出通道。

为保证多通道的相干性，需专用的高精度同步定时器对量子信号进行时序控制。此外，还需考虑量子测控系统的可扩展性以适配不同超导量子比特数的测试，并且具备更高的可靠性，以支持长时间运作以及提供校准功能。

然而，目前中等规模的量子计算机建设大多利用商用仪器搭建的量子测控系统，总共会用到数十台商用设备的几十个通道，但每台商用设备的性能、接口、同步指标不尽相同，使量子芯片的时间控制出现偏差，导致量子门脉冲序列延迟精度受到制约，最恶劣的情况下会大幅降低大规模的量子比特操作以及读取的保真度，严重影响量子测控系统的测控效果。

发明内容

本发明提供一种时间频率信号发生装置、量子测控系统及测控方法，用以解决现有技术中存在的缺陷。

本发明提供一种时间频率信号发生装置，包括：原子钟、公共时间频率接收模块、时间频率跟随模块以及时间频率输出模块，所述原子钟以及所述公共时间频率接收模块分别与所述时间频率跟随模块连接，所述时间频率跟随模块与所述时间频率输出模块连接；

所述原子钟用于产生初始时间频率信号；

所述公共时间频率接收模块用于获取公共的基准时间频率信号；

所述时间频率跟随模块用于对所述原子钟进行控制，以使所述初始时间频率信号跟随所述基准时间频率信号，并得到跟随后的目标时间频率信号；

所述时间频率输出模块用于输出所述目标时间频率信号。

根据本发明提供的一种时间频率信号发生装置，所述时间频率输出模块包括锁相环和晶振，所述时间频率跟随模块、所述锁相环和所述晶振顺次连接；

所述锁相环用于基于所述目标时间频率信号，生成控制指令，并基于所述控制指令，对所述晶振进行反馈控制，以使所述晶振输出所述目标时间频率信号。

根据本发明提供的一种时间频率信号发生装置，所述锁相环，具体用于：

基于所述控制指令以及目标环路积分时长，对所述晶振进行反馈控制；所述目标环路积分时长基于所述晶振锁定至参考信号源后的第一频率稳定度曲线以及锁定至所述原子钟后的第二频率稳定度曲线确定。

本发明还提供一种量子测控系统，包括：控制装置、量子测控设备、信号检测装置以及上述的时间频率信号发生装置，所述控制装置分别与所述量子测控设备、信号检测装置以及时间频率信号发生装置连接，所述量子测控设备、信号检测装置以及时间频率信号发生装置连接，所述量子测控设备以及所述信号检测装置均配置为与待测控的量子芯片连接；

所述控制装置用于分别向所述量子测控设备、所述信号检测装置以及所述时间频率信号发生装置发送控制信号；