[发明专利]冷离子量子信息处理器的时序控制信号产生方法及装置

摘要

本发明公开了冷离子量子信息处理器的时序控制信号产生方法，在上位机上通过上位机指令设置射频信号和数字信号参数；将上位机指令变换为机器指令并传输给时序控制FPGA；时序控制FPGA执行机器指令并通过转换模块和射频合成模块进行数字信号和射频信号的输出。本发明还公开了冷离子量子信息处理器的时序控制信号产生装置，包括上位机，还包括时序控制模块、射频合成模块和转换模块，本发明实现了对实验所需时序控制信号的直观描述；编制的上位机指令可以反复使用，避免了重复工作，且便于根据实验结果不断完善；可方便地更改射频信号的频率、相位、幅度等参数；可精确控制多路控制信号协同工作；扩展性强。

主权项

1.冷离子量子信息处理器的时序控制信号产生方法，包括以下步骤：步骤1、在上位机上，通过上位机指令设置量子信息实验所需射频信号参数，射频信号参数包括射频信号的频率值、射频信号的幅值、射频信号的初始相位值和射频信号的持续时间；通过上位机指令设置量子信息实验所需的数字信号参数的高低电平信号及数字信号的持续时间，上位机指令包括：等待指令wait，用于设定射频信号的持续时间和数字信号的持续时间；波形频率指令frequency，用于设定射频信号的频率值；波形幅值指令dac，用于设置射频信号的幅值；波形初始相位指令phase，用于射频信号的初始相位值；数字输出指令do，用于设定数字信号的高低电平信号，步骤2、在上位机上，通过Labview软件将表征步骤1中的各个射频信号和数字信号参数的上位机指令变换为对应的时序控制FPGA(3)的机器指令，并将机器指令通过以太网接口电路(2)传输给时序控制FPGA(3)，步骤3、时序控制FPGA(3)接收到机器指令后，先存入内存(4)，然后逐条取出执行，若机器指令对应的为射频信号的波形频率指令frequency，则时序控制FPGA(3)通过电平转换电路(5)将射频信号的频率值传输到射频合成FPGA(8)，射频合成FPGA(8)接收到射频信号的频率值后设置直接数字合成器(9)使得直接数字合成器(9)输出对应频率值的射频信号，直接数字合成器(9)输出的射频信号依次通过可变增益放大器(11)、功率放大器(12)和滤波器(13)后输出；若机器指令对应的为波形幅值指令dac，则时序控制FPGA(3)通过电平转换电路(5)将射频信号的幅值传输到射频合成FPGA(8)，射频合成FPGA(8)根据射频信号的幅值控制数模转换器(10)的输出，进而通过数模转换器(10)控制可变增益放大器(11)的增益；若机器指令对应的为波形初始相位指令phase，则时序控制FPGA(3)通过电平转换电路(5)将射频信号的初始相位值传输到射频合成FPGA(8)，射频合成FPGA(8)接收到射频信号的初始相位值后设置直接数字合成器(9)使得直接数字合成器(9)输出对应初始相位值的射频信号，直接数字合成器(9)输出的射频信号依次通过可变增益放大器(11)、功率放大器(12)和滤波器(13)后输出；若机器指令对应的等待指令wait，则时序控制FPGA(3)在等待时间内维持射频信号以当前射频信号的频率值、射频信号的幅值、射频信号的初始相位值进行持续输出；时序控制FPGA(3)维持数字信号在等待时间内以当前高低电平信号持续输出，若机器指令对应的为设置实验所需的数字输出指令do，则时序控制FPGA(3)按照数字信号的高低电平信号通过电平转换电路(5)输出数字信号，步骤4、滤波器(13)输出的射频信号和数字信号输出电路(6)输出的数字信号加载到声光调制器(15)上，声光调制器(15)依据输入的射频信号和数字信号对从激光器(14)传过来的激光进行调制，射频信号的幅度控制激光的功率，射频信号的相位控制激光的相位，射频信号的频率则对激光进行移频操作；数字信号则控制激光的通断，经过声光调制器(15)调制之后的激光入射至离子阱(16)中与冷离子相互作用。