Verbundvorhaben: High fidelity quantum networks - Praxistaugliche Fehlerverarbeitung in Quantenkommunikationsnetzen mit Festkörperbasierten Qubit höchster Fidelität (QuantumHiFi); Teilvorhaben: Auslese- und Betriebselektronik

Abstract

Das Gesamtvorhaben QuantumHiFi zielte auf die Entwicklung einer Technologieplattform, welche den praktikablen Einsatz von Quantennetzwerken ermöglichen soll. Dabei übernahmen die Partner Universität Hamburg (UHH) und Universität Ulm (UUlm) die Entwicklung der Materialplattform. Das hier beschriebene Teilprojekt von Swabian Instruments flankierte diese Arbeiten mit der Zielstellung, schnelle und flexible Elektronik für die Implementierung von Fehlerkorrekturalgorithmen bereitzustellen. Während die Feedback-Generierung für Quantensysteme ein Feld ist, das im letzten Jahrzehnt in vielfältiger Weise adressiert wurde, lag der spezielle Fokus von QuantumHiFi in der Modularität der Elektronik und der Auswertealgorithmen. Dies spiegelt den Plattform-Charakter wider, auf den das Gesamtvorhaben abzielte, da hierfür eine Anpassbarkeit an lokale Gegebenheiten einen ähnlich hohen Stellenwert hat wie die Latenz der Datenverarbeitung. Unter diesem Blickwinkel wurden die wesentlichen Hardware-Komponenten, ihr Zusammenspiel und die notwendige Firmware erforscht. Leitender Gedanke der Entwicklung im Teilprojekt war die Zerlegung der notwendigen Prozessierungsschritte in basale Module, die anschließend in verhältnismäßig freier Form kombiniert werden können. Diese wurden in Hardware Description Language (HDL) programmiert, um sie auf einem FPGA mit geringer Latenz ausführen zu können. Die wichtigsten Analyse-Module, die im Rahmen des Projekts entwickelt wurden, waren die Zählratenerfassung, das Histogrammieren über Zeitdifferenzen, sowie die Koinzidenzbestimmung. Grundsätzlich sind diese Module auf unterschiedlichen FPGAs und auf Geräten mit ganz unterschiedlicher Funktion ausführbar. So kann z.B. die Zählratenbestimmung direkt im Time Tagger stattfinden, sie kann aber ebenso auf einem dedizierten Prozessierungsknoten ausgeführt werden.