Agile Laser Feedback for Quantum Computers -
ALF-QC

Im Rahmen des Projekts „Agile Laser Feedback for Quantum Computers“ soll ein wichtiger Schritt in Richtung kommerziell nutzbarer Quantentechnologien gemacht werden, um einen langfristigen, stabilen Betrieb von Quantencomputer zu gewährleisten, welche auf dem Konzept von Ionenfallen basieren. Dabei werden Ionen mittels elektromagnetischer Felder gefangen und in Folge gezielt mittels Laserstrahlen adressiert und manipuliert. Die Stabilisierung der Intensität besagter Strahlen in Ionenfallenexperimenten ist dabei essentiell für die grundlegenden Abläufe in einem Quantencomputer: der Initialisierung der Ionenkette als „Quantenregister“, der Manipulation der Quanten-Bits, sowie dem optischen Auslesen des Speichers. Die Laserintensität wird hierbei mit Photodioden gemessen, und mittels Regelschleifen stabilisiert. Aktuell werden die Dioden  lokal mit Strom versorgt, wobei das Signal mittels Kabel zum Teil über erhebliche Distanzen im Labor geleitet wird, um an anderer Stelle die gemessene Intensität zu regeln. Diese Kombination aus lokalen Stromquellen und Verkabelungen zwischen den Komponenten führt oft zu Erdungsschleifen, die sich negativ auf den Betrieb auswirken. Im Rahmen des Projekts soll dafür eine Ethernet-fähigen Photodiode zur Überwachung der Intensitäten von Laserstrahlen realisiert werden. Stromversorgung und Datenaustausch sollen über eine einzige galvanisch getrennte Verbindung erfolgen. Dadurch werden Erdungsschleifen vermieden und die gesamte Stabilisierung der Laserintensität wird digitalisiert. Systemparameter können so über Stunden, Tage und Monate überwacht und stabilisiert werden. Die Schnittstelle zwischen Diode und Netzwerk wird mittels FPGAs realisiert, wobei zur Erreichung möglichst niedriger Latenzzeiten zudem ein Nachrichtenprotokoll mit möglichst geringem Overhead, bei gleichzeitig hoher Übertragungsqualität, entwickelt werden.

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