Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The quantum computing stack : from algorithms to ions

Słowik Oskar, Kasprowicz Grzegorz

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

25--29

EN

Quantum computers have emerged as a candidate for a trans formative technology with the potential to revolutionise va rious fields, from cryptography to drug discovery. Among the different types of quantum computers, ion trap-based systems have garnered significant attention due to their long coherence times and high-fidelity operations. In this article, we would like to scratch the surface of the quantum computing stack, focusing on ion-trap gate-based universal quantum computers as an example.

PL

Obliczenia kwantowe wyłoniły się jako kandydat technologii transformacyjnej, która może zrewolucjonizować różne dziedziny od kryptografii po syntezę leków. Spośród różnych typów komputerów kwantowych, systemy oparte na pułapkach jono wych cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na długie czasy koherencji i wysoką dokładność. W tym artykule chcieli byśmy przybliżyć temat stosu obliczeń kwantowych, skupiając się na przykładzie uniwersalnych bramkowych komputerów kwantowych opartych o pułapki jonowe.

2

The control system of the AEgIS experiment at CERN

Kornakov Georgy, Zieliński Jakub, Kasprowicz Grzegorz

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

90--92

EN

The AEgIS experiment at CERN recently decided to adopt a con trol system solution based on the Sinara/ARTIQ open hardwa re and software infrastructure. This decision meant to depart from the previously used paradigm of custom-made electronics and software to control the experiment’s equipment. Instead, adopting a solution with long-term support and used in many quantum physics experiments guarantees a vivid community using similar infrastructures. This transition reduces the risks and development timeline for integrating new equipment seam lessly within the setup. This work reviews the motivation, the setup, and the chosen hardware and presents several planned further steps in developing the control system.

PL

Eksperyment AEgIS w CERN niedawno podjął decyzję o przyjęciu rozwiązania systemu kontroli opartego na infrastrukturze otwarte go sprzętu i oprogramowania Sinara/ARTIQ. Ta decyzja oznacza odejście od dotychczasowego paradygmatu wykorzystywania spersonalizowanej elektroniki i oprogramowania do sterowania sprzętem eksperymentu. Zamiast tego, przyjęcie rozwiązania za pewniającego długoterminowe wsparcie i stosowanego w szeregu eksperymentów z fizyki kwantowej gwarantuje aktywną społecz ność korzystającą z podobnych infrastruktur. Ta przemiana zmniej sza ryzyko oraz skraca terminy rozwoju w celu bezproblemowej integracji nowego sprzętu w konfiguracji. Niniejsza praca analizuje motywację, konfigurację, wybrane elementy sprzętu oraz prezentu je kilka planowanych kolejnych kroków w rozwoju systemu kontroli.

3

Sayma : an arbitrary waveform generator for scientific experiments in ion traps

Kulik Paweł, Kasprowicz Grzegorz, Harty Tom, Bourdeauducq Sébastien, Jördens Robert, Allcock David, Nadlinger David, Britton Joseph W.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

65--68

EN

Sayma is an advanced hardware solution designed for scien tific experiments in the field of quantum physics, particularly those involving ion traps. It is a part of Sinara, an open-sour ce ecosystem developed by a collaboration between M-Labs, Warsaw University of Technology (WUT), US Army Research Laboratory (ARL), the University of Oxford, the University of Maryland, and NIST. Sayma provides a high-quality, modular, and flexible platform for generating arbitrary waveforms in ion trap experiments. This article provides an overview of Sayma, its features, and its components: the Sayma AMC (Advanced Mezzanine Card) and Sayma RTM (Rear Transition Module).

PL

Sayma to zaawansowane rozwiązanie sprzętowe przeznaczo ne do eksperymentów naukowych z zakresu fizyki kwantowej, w szczególności z wykorzystaniem pułapek jonowych. Jest częścią Sinara, ekosystemu open-source opracowanego we współpracy między M-Labs, Politechniką Warszawską (PW), US Army Research Laboratory (ARL), Uniwersytetem Oksfordz kim, Uniwersytetem Maryland i NIST. Sayma zapewnia wysokiej jakości, modułową i elastyczną platformę do generowania do wolnych przebiegów w eksperymentach z pułapkami jonowymi. Ten artykuł zawiera opis systemu Sayma, jego funkcji i kom ponentów: Sayma AMC (Advanced Mezzanine Card) i Sayma RTM (Rear Transition Module).

4

Quantum technologies : strategic development priority for the Warsaw University of Technology

Malinowski Mariusz, Kisiel Adam, Szmidt Jan, Poźniak Krzysztof, Kasprowicz Grzegorz, Wawrzyniak Zbigniew M., Wiśniewski Piotr

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

2--4

EN

Quantum computing and related quantum technologies are cur rently at the forefront of research and development activities in many aspects of today’s high-technology industry, from advan ced quantum algorithms and fundamentals of quantum com putation and communication through the physical realisation of quantum computers and cryptography to quantum sensing and dedicated electronics. Warsaw University of Technology intends to lead in several aspects of this revolution. This article will report the overview of several ongoing activities at WUT related to quantum technologies. In particular, the Research University - Excellence Initiative program’s strategic activities and the physical quantum computer infrastructure creation will be introduced.

PL

Obliczenia kwantowe i związane z nimi technologie kwantowe znajdują się obecnie w czołówce działań badawczo-rozwojowych w wielu aspektach dzisiejszego przemysłu zaawansowanych tech nologii, od zaawansowanych algorytmów kwantowych i podstaw kwantowych obliczeń i komunikacji, poprzez fizyczną realizację komputerów kwantowych i kryptografii kwantowej, aż po sensory kwantowe i dedykowaną elektronikę. Politechnika Warszawska zamierza odgrywać wiodącą rolę w kilku aspektach tej rewolucji. W artykule zostanie przedstawiony przegląd wybranych aktual nie prowadzonych na PW działań związanych z technologiami kwantowymi. W szczególności przedstawione zostaną działania strategiczne w ramach programu Uczelnia Badawcza - Inicjatywa Doskonałości, a także tworzenie fizycznej infrastruktury komputera kwantowego.

5

Open source experiment control hardware for quantum information processing and high energy physics

Kasprowicz Grzegorz, Kulik Paweł, Poźniak Krzysztof, Harty Tom, Balance Chris, Balance Tim, Bourdeauducq Sébastien, Jördens Robert, Allcock David, Nadlinger David, Britton Joseph W., Wawrzyniak Zbigniew, Slichter Daniel, Ospelkaus Christian, Kozakiewicz Paweł, Brown Ken, Hanasz Stanisław, Kamińska Anna, Kiepiela Marcin, Matyas Jakub, Mizrahi Jonathan, Przybysz Maciej, Risinger Drew, Sotirova Ana, Sowiński Mikołaj, Zhang Weida

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

34--44

EN

Sinara is a modular, open-source measurement and control hardware ecosystem designed for beam-steering and quantum information processing applications that require deterministic high-precision timing. The Sinara system is based on industrial standards and comprises over 70 digital and analog input and output modules. The hardware is controlled and managed by ARTIQ, an open-source software system for experimental control that provides nanosecond timing resolution and sub-microsecond latency via a high-level programming language.

PL

Sinara to modułowa, typu „open-source”, platforma sprzętowo-programistyczna do pomiarów i kontroli, zaprojektowana dla zastosowań w akceleratorach cząstek i przetwarzaniu informacji kwantowej, które wymagają deterministycznego, precyzyjnego timingu. System Sinara opiera się na standardach przemysłowych i składa się z ponad 70 modułów cyfrowych i analogowych wejść i wyjść. Sprzęt jest kontrolowany i zarządzany przez ARTIQ, open-source’owe oprogramowanie do kontroli eksperymentów, które zapewnia rozdzielczość timingu na poziomie nanosekund i latencję w sub-mikrosekundach za pośrednictwem języka programowania wysokiego poziomu.

6

Laser beam stabilization system using open-source tools

Kasprowicz Grzegorz, Fiderkiewicz Szymon, Pukała Anna, Życzkowski Marek, Marć Paweł, Żołnowski Wojciech, Kulik Paweł

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

57--64

EN

Laser beam intensity stabilisation is an essential process in most quantum applications. Laser light intensity is a critical parameter in many quantum experiments, such as quantum computing, quantum communication, and quantum metrology. Even small fluctuations in laser intensity can lead to errors in the results of these experiments. This paper presents robust laser beam intensity stabilization methods using open-source tools: Sinara modules and ARTIQ software.

PL

Stabilizacja intensywności wiązki laserowej jest niezbędnym procesem w większości zastosowań kwantowych. Intensyw ność światła laserowego jest krytycznym parametrem w wielu eksperymentach kwantowych, takich jak obliczenia kwantowe, komunikacja kwantowa i metrologia kwantowa. Nawet niewiel kie fluktuacje intensywności lasera mogą prowadzić do błędów w wynikach tych eksperymentów. Niniejszy artykuł przedstawia skuteczną metodę stabilizacji intensywności wiązki laserowej z wykorzystaniem narzędzi open source: modułów Sinara i opro gramowania ARTIQ.

7

Ion trap quantum computer architecture

Kasprowicz Grzegorz, Kulik Paweł, Sowiński Mikołaj, Przywózki Tomasz, Poźniak Krzysztof, Wawrzyniak Zbigniew

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

12--16

EN

Ion trap quantum computing (QC) is a promising technology with the potential to revolutionize many fields. However, there are still many challenges that need to be overcome before ion trap quantum computers become a reality. These challenges include scaling up the number of qubits, improving the co herence time of qubits, and developing new algorithms and software. Despite these challenges, ion trap quantum computing is a promising technology with the potential to revolutionize many fields. As the technology continues to mature, it is likely that we will see significant progress in overcoming the chal lenges and building large-scale ion trap quantum computers. These computers could have a profound impact on many fields, and they could help us to solve some of the world’s most chal lenging problems.

PL

Technologia komputerów kwantowych (KK) na pułapkach jo nowych to obiecująca technologia o potencjale zrewolucjoni zowania wielu dziedzin. Jednak przed tym, jak stają się one rzeczywistością, należy pokonać wiele wyzwań. Należą do nich skalowanie liczby kwantowych bitów (kubitów), poprawa czasu koherencji kubitów i tworzenie nowych algorytmów i oprogra mowania. Mimo tych wyzwań, technologia pułapek jonowych to obiecu jąca technologia potencjalnie rewolucjonizująca wielu dzie dzin. W miarę dojrzewania technologii, prawdopodobnie uda się znacząco pokonać te wyzwania i zbudować duże, jonowe komputery kwantowe. Te komputery mogą mieć głęboki wpływ na wiele dziedzin i pomóc nam rozwiązać niektóre z najbardziej skomplikowanych problemów na świecie.

8

High voltage system for ion traps and GEM detectors in the Sinara open hardware ecosystem

Przywózki Tomasz, Kasprowicz Grzegorz, Świtakowski Filip, Kulik Paweł

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

49--52

EN

In scientific research, precise control of high voltages is crucial, particularly in ion traps and Gas Electron Multiplier (GEM) de tectors. The Sinara open hardware project addresses this need by developing a dedicated high-voltage system. The project introduces an STM32-based DIOT system board and a High Voltage Supply Board (HVSUP_ISOL) designed for non-real-time applications, providing up to +/-6kV. The HVSUP_ISOL board is fully isolated, ensuring system safety, and offers dual-channel configuration with a shared common terminal for easy casca ding. The firmware based on the MQTT protocol enables users to remotely control various settings, and telemetry data provi des insights into the system’s operation.

PL

W badaniach naukowych precyzyjna kontrola wysokich napięć jest niezwykle istotna, zwłaszcza w pułapkach jonowych i de tektorach GEM (Gas Electron Multiplier). W ramach projektu Sinara, zaprojektowany został nowy dedykowany system ge neracji i kontroli wysokich napięć. Projekt wprowadza kartę systemową DIOT opartą na układzie STM32 oraz kartę zasi lania wysokonapięciowego (HVSUP_ISOL), przeznaczoną do zastosowań nie wymagających kontroli w czasie rzeczywistym, dostarczającą napięcia do +/-6kV. Karta HVSUP_ISOL jest w pełni izolowana, zapewniając bezpieczeństwo systemu, oraz oferuje konfigurację dwukanałową z wspólnym terminalem dla łatwego kaskadowania. Oprogramowanie oparte na protokole MQTT umożliwia użytkownikom zdalną kontrolę różnych ustawień, a dane telemetrii dostarczają informacji o działaniu systemu.

9

Electronic control system for the quantum computer infrastructure in the MIKOK project

Kasprowicz Grzegorz, Sowiński Mikołaj, Poźniak Krzysztof, Szmidt Jan, Przywózki Tomasz, Kulik Paweł, Kuś Marek, Wawrzyniak Zbigniew, Szczepański Paweł, Słowik Oskar, Życzkowski Marek, Marć Paweł, Pakuła Anna, Nawrat Aleksander, Daniec Krzysztof, Wereszczyński Kamil, Kuczerski Tomasz, Kawałek Radosław, Sadowski Marcin, Suleja Wawrzyniec, Witkowski Paweł

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

72--75

EN

The practical implementation of algorithms on a quantum computer requires creating and stabilising qubits and their appropriate entanglement. Currently, one systemic solution is to create entangled qubits in ion traps. The structure of the Quantum Computer Unit based on the Ca40 blade ion trap of up to 100 ions, supported by integrated optical, control and reading systems, will be discussed. These system solutions are a vital part of the modular functional infrastructure of a quantum computer for civil and special IT applications as part of the NCBR project pk. MIKOK. The essential components of processes and functional phenomena, the control system based on the modular Sinara apparatus and the ARTIQ operating system, will be discussed along with the critical stages of the control process.

PL

Praktyczna realizacja algorytmów na komputerze kwantowym wymaga stworzenia i stabilnego utrzymania kubitów oraz ich odpowiedniego splątania. Obecnie jednym rozwiązań układowych jest tworzenie splątanych kubitów w pułapkach jonowych. Zostanie omówiona struktury techniczna Jednostki Komputera Kwantowego bazującej na pułapce jonowej typu „blade” Ca40 do 100 jonów, wspieranej zintegrowanymi systemami optycznym, sterowania i odczytu. Te rozwiązania układowe stanowią kluczową część modularnej funkcjonalnej infrastruktury komputera kwantowego do cywilnym i specjalnym zastosowań informatycznych w ramach projektu NCBiR pk. MIKOK. Zostaną omówione najważniejsze składowe procesy i zjawiska funkcjonalne, system sterowania oparty o modułową aparaturę Sinara oraz system operacyjny ARTIQ wraz z kluczowymi etapami procesu sterowania.

10

Education in Quantum Engineering at the Warsaw University of Technology

Kornakov Georgy, Wlazłowski Gabriel, Magierski Piotr, Buchner Teodor, Kasprowicz Grzegorz, Kikoła Daniel, Kisiel Adam, Pęcak Daniel, Sowiński Mikołaj, Tylutki Marek, Wierzbicki Michał, Zberecki Krzysztof

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

97--99

EN

We introduce a theoretical and technical training curriculum con cept to incorporate Quantum Computing Technologies (QCT) into WUT’s quantum infrastructure (QTI). Ongoing activities involve accumulating necessary knowledge, preparing training materials, and creating presentations to establish a comprehensive curri culum concept for QCT. This concept is based on the existing QTI infrastructure at WUT. The primary objective of this endeavour is to develop a cohe rent educational framework and associated study resources for didactic applications in the field of quantum information tech nologies (QIT). These resources are intended for utilisation by WUT teams and students, tightly integrated with prospective research initiatives.

PL

Wprowadzamy koncepcję szkolenia teoretycznego i technicznego, którego celem jest włączenie Quantum Computing Technologies (QCT) do infrastruktury kwantowej (QTI) PW. Bieżące działania obej mują gromadzenie niezbędnej wiedzy, przygotowywanie materiałów szkoleniowych oraz tworzenie prezentacji w celu ustalenia komplek sowej koncepcji programowej dla QCT. Koncepcja ta bazuje na istnie jącej infrastrukturze QTI na PW. Głównym celem tego przedsięwzięcia jest opracowanie spójnych ram edukacyjnych i powiązanych zasobów badawczych do zastosowań dydaktycznych w dziedzinie kwantowych technologii informacyjnych (QIT). Zasoby te przeznaczone są do wykorzystania przez zespoły i studentów PW, ściśle zintegrowane z perspektywicznymi inicjaty wami badawczymi.

11

Design of a cryogenic integrated circuit for next-generation quantum computers

Kasprowicz Grzegorz, Siwiec Krzysztof, Kasprowicz Dominik, Wojciechowski Andrzej, Borkowski Adam, Pleskacz Witold, Sowiński Mikołaj, Przywózki Tomasz, Kulik Paweł, Poźniak Krzysztof, Wawrzyniak Zbigniew

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

69--70

EN

In this project, we propose to develop intermediate-scale quan tum computation devices and complement the hardware with device-aware compilers for the trapped-ion platform. The proj ect cross-fertilizes three critical areas: (i) ion-trap development, pushing towards segmented ion traps with low heating rates; (ii) efficient compilation of quantum algorithms into low-level instruction circuits for segmented quantum information pro cessing that enable seamless integration of qubit shuttling operations; (iii) scalable, low-noise electronic circuits devel opment for fast operation of segmented ion-trap quantum information processors at room temperature and cryogenic conditions. Developed with the long-term vision of pushing towards 1000 qubits, the realised technology will serve as a plat form to drive the European quantum computation roadmap.

PL

W tym projekcie proponujemy opracowanie urządzeń do pośred niej skali obliczeń kwantowych i uzupełnienie sprzętu kompila torami obsługującymi urządzenia dla pułapek jonowych. Projekt krzyżuje trzy kluczowe obszary: (i) rozwój pułapek jonowych, dążąc do segmentowanych pułapek jonowych o niskich szyb kościach ogrzewania; (ii) wydajna kompilacja algorytmów kwantowych do obwodów instrukcji niskiego poziomu dla segmentowanego przetwarzania informacji kwantowych, które umożliwiają bezproblemową integrację operacji przesuwania kubitów; (iii) rozwój skalowalnych, niskoszumnych obwodów elektronicznych do szybkiej pracy segmentowanych proceso rów informacji kwantowej z pułapkami jonami w temperaturze pokojowej i warunkach kriogenicznych. Opracowana technolo gia, mająca na uwadze długoterminową wizję osiągnięcia 1000 kubitów, będzie służyć jako platforma do rozwijania europejskiej ścieżki obliczeń kwantowych.

12

CEZAMAT technical potential usage in organising the Quantum Computer Technology Laboratory

Kasprowicz Grzegorz, Wawrzyniak Zbigniew, Poźniak Krzysztof, Szmidt Jan, Sowiński Mikołaj, Kulik Paweł, Przywózki Tomasz, Kisiel Adam, Kornakov Georgy, Beck Romuald Bartłomiej, Wiśniewski Piotr, Knap Wojciech, Trzeciak Lech, Sypek Maciej, Nurczyk Piotr

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

76--80

EN

CEZAMAT, the Centre for Advanced Materials and Technologies of the Warsaw University of Technology located in Warsaw, Poland, focuses on interdisciplinary research in advanced materials and technologies, collaborating with domestic and international part ners. CEZAMAT’s research spans a broad spectrum of advanced materials and technologies, including nanomaterials, advanced composites, functional, energy, environmental, and biomedical materials, and a quantum computing laboratory to facilitate qu antum computer technology development. CEZAMAT’s Quantum Technology Hub initiative seeks to create a hub for quantum computer infrastructure development. This endeavour involves collaboration, organisation, and coordination among research te ams and industrial partners, focusing on innovative technologies and strategic solutions. The centre thrives on interdisciplinary collaboration, working closely with scientists from other Polish institutions and publishing in esteemed academic journals.

PL

CEZAMAT, Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii Politechniki Warszawskiej zlokalizowane w Warszawie, koncentruje się na interdyscyplinarnych badaniach w zakresie zaawansowanych materiałów i technologii, współpracując z partnerami krajowymi i mię dzynarodowymi. Badania CEZAMAT obejmują szerokie spektrum zaawansowanych materiałów i technologii, w tym nanomateriały, zaawansowane kompozyty, materiały funkcjonalne, energetyczne, śro dowiskowe i biomedyczne, a także laboratorium obliczeń kwantowych wspierające rozwój technologii komputerów kwantowych. Inicjatywa Quantum Technology Hub CEZAMAT ma na celu stworzenie centrum rozwoju infrastruktury komputerów kwantowych. Przedsięwzięcie to obejmuje współpracę, organizację i koordynację między zespołami badawczymi i partnerami przemysłowymi, koncentrując się na inno wacyjnych technologiach i rozwiązaniach strategicznych. Centrum stawia na współpracę interdyscyplinarną, ściśle współpracując z naukowcami z innych polskich instytucji i publikując w cenionych czasopismach akademickich.

13

ARTIQ : open-source control system

Sowiński Mikołaj, Kasprowicz Grzegorz, Poźniak Krzysztof, Harty Tom, Balance Chris, Balance Tim, Bourdeauducq Sébastien, Jördens Robert, Allcock David, Nadlinger David, Britton Joseph W., Wawrzyniak Zbigniew, Slichter Daniel, Ospelkaus Christian, Brown Ken, Matyas Jakub, Mizrahi Jonathan, Risinger Drew, Sotirova Ana, Kulik Paweł, Zhang Weida

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

45--48

EN

ARTIQ is a real-time control system designed to address complex challenges in quantum computing, specifically for ion-trapping experiments. It ensures precise timing and synchronization for different experimental setups, offering a timing precision at the nanosecond level. ARTIQ, open-source in nature, promotes transparency, reproducibility, and allows for the creation of customizations and extensions. It is developed globally by a community of scientists and engineers. ARTIQ’s versatility extends to communication with external laboratory equipment and integrates instructions into the experiment code. It also provides scalable solutions, such as the Distributed Real-Time I/O (DRTIO) that allows connection and control over many controllers. An essential feature of ARTIQ is its Python-based Domain Specific Language (DSL) that allows expressing experiment design in a commonly known programming language. ARTIQ, therefore, provides a flexible and scalable platform for quantum experiments.

PL

ARTIQ jest systemem sterowania w czasie rzeczywistym zaprojektowanym specjalnie w celu sprostania potrzebom eksperymentów fizyki kwantowej, szczególnie tych wykorzystujących pułapki jonowe. Zapewnia precyzyjną synchronizację układów eksperymentalnych, oferując precyzję czasu wykonania zdarzeń na poziomie nanosekund. ARTIQ, będący oprogramowaniem otwartoźródłowym, promuje przejrzystość, reprodukowalność i umożliwia tworzenie specjalizowanych modyfikacji i rozszerzeń. Jest on rozwijany przez społeczność naukowców i inżynierów z całego świata. ARTIQ oferuje integrację zewnętrznego sprzętu laboratoryjnego z kodem eksperymentu. Zapewnia również skalowalne rozwiązania, umożliwiające łączenie i programowanie wielu kontrolerów. Istotną cechą ARTIQ jest oparty na języku Python Domain-Specific Language (DSL), który ułatwia projektowanie eksperymentów pozwalając na opisywanie ich za pomocą powszechnie znanego języka programowania. Podsumowując, ARTIQ zapewnia elastyczną i skalowalną platformę dla eksperymentów kwantowych.

14

Application of ARTIQ control system in modular cosmic ray detector : MCORD

Sowiński Mikołaj, Kasprowicz Grzegorz, Kulik Paweł, Światakowski Filip, Kuklewski Michał, Kolasiński Piotr, Zabołotny Wojciech, Poźniak Krzysztof, Kiecana Michał, Rybka Dominik, Szewiński Jarosław, Bancer Aleksander

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

93--96

EN

The text discusses the application of ARTIQ, a highly versatile control system, in the MCORD project, a large-scale high-energy physics experiment. It details the MCORD system, a flexible and modular cosmic ray detector created like a part of MPD detector set for the NICA collider, and its applications, from muon and charged particle detection to astrophysical measurements. The MCORD Data Acquisition System (DAQ) relies on a dedicated FMC (FPGA Mezzanine Card) for detecting and time-tagging co incident events from scintillator detectors. ARTIQ plays a key role in the MCORD system, serving as a management and control system, enabling precise real-time operations, time-tagging and data transfer. The system’s user-friendly Python-based Domain Specific Language permits easy interface with the system. Use of ARTIQ in the MCORD system demonstrates the potential of ap plying the latter outside its original field, atomic physics research.

PL

Tekst omawia zastosowanie ARTIQ, wszechstronnego systemu ste rowania, w projekcie MCORD, wielkoskalowym eksperymencie z dzie dziny fizyki wysokich energii. Szczegółowo opisuje system MCORD, elastyczny i modułowy detektor promieniowania kosmicznego za projektowany jako element zespołu detektorów MPD dla zderzacza NICA, oraz jego zastosowania, od detekcji mionów do pomiarów astro fizycznych. System akwizycji danych (DAQ) dla MCORD, wykorzystuje specjalistyczną kartę FMC (FPGA Mezzanine Card) do wykrywania i znakowania czasowego zdarzeń z zestawu detektorów scyntyla cyjnych. ARTIQ odgrywa kluczową rolę w systemie MCORD, pełniąc rolę kompleksowego systemu zarządzania i sterowania, umożliwiając precyzyjne operacje w czasie rzeczywistym, znakowanie czasowe i transfer danych. Użytkownicy łatwo mogą łączyć się z systemem dzięki przyjaznemu dla użytkownika, opartemu na Pythonie językowi domenowemu. Połączenie systemu MCORD i ARTIQ pokazuje poten cjał zastosowania tego ostatniego poza jego pierwotnym obszarem, badaniami z dziedziny fizyki atomowej.

15

A novel control system architecture for quantum computing

Kasprowicz Grzegorz, Daniluk Grzegorz, Kulik Paweł, Mikołaj Sowiński, Przywózki Tomasz

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

53--56

EN

Sinara is an open-source open-hardware control system dedica ted to quantum applications. It is based on industrial standards and consists of over 70 modules. The hardware is controlled by ARTIQ, which provides a high-level programming language. WUT and CERN developed a next-generation control system architecture called DI/OT, based on the Compact PCI Serial standard and Sinara hardware. The new system is dedicated to quantum and high-energy physics applications.

PL

Sinara to otwarty system sterowania o otwartym źródle, dedyko wany aplikacjom kwantowym. Bazuje na standardach przemysło wych i składa się z ponad 70 modułów. Sprzęt jest kontrolowany przez ARTIQ, który dostarcza język programowania na wysokim poziomie. WUT i CERN opracowały nową architekturę systemu sterowania o nazwie DI/OT, opartą na standardzie Compact PCI Serial i sprzęcie Sinara. Nowy system jest dedykowany dla aplikacji kwantowych i fizyki wysokich energii.

16

Urukul : Open-source Frequency Synthesizer Module for Quantum Physics

Kasprowicz Grzegorz, Harty Thomas, Bourdeauducq Sébastien, Jördens Robert, Allcock David, Nadlinger David, Britton Joseph W., Sotirova Ana, Nowicka Dorota

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2022

|

Vol. 68, No. 1

123--128

EN

We describe Urukul, a frequency synthesizer based on direct digital synthesis (DDS), optimized for wave generate control in atomic, molecular and optical (AMO) physics experiments. The Urukul module is a part of the Sinara family of modular, open-source hardware designed for the ARTIQ quantum operating system. The Urukul has 4-channel, sub-Hz frequency resolution, controlled phase steps and accurate output amplitude control. The module is available in two population variants. This paper presents Urukul module construction and obtained characteristics.

17

Sampler: Open-Source Data Acquisition Module for Quantum Physics

Kasprowicz Grzegorz, Harty Thomas, Bourdeauducq Sébastien, Jördens Robert, Allcock David, Slichter Daniel, Nadlinger David, Britton Joseph W., Sotirova Ana

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2022

|

Vol. 68. No. 4

761--766

EN

The Sinara hardware platform is a modular, opensource measurement and control system dedicated to quantum applications that require hard real-time performance. The hardware is controlled and managed by the ARTIQ, open-source software that provides nanosecond timing resolution and submicrosecond latency. The Sampler is a general-purpose precision ADC sampling unit with programmable gain and configurable interface. It is used in numerous applications like laser frequency and intensity servo. This paper presents the Sampler module construction and obtained characteristics.

18

Zero-Suppression Trigger Mode for GEM Detector Measurement System

Kolasinski Piotr, Pozniak Krzysztof, Wojenski Andrzej, Linczuk Pawel, Krawczyk Rafal, Gaska Michal, Zabolotny Wojciech, Kasprowicz Grzegorz, Chernyshova Maryna, Czarski Tomasz

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2021

|

Vol. 67, No. 1

103--108

EN

A novel approach to a trigger mode in the Gas Electron Multiplier (GEM) detector readout system is presented. The system is already installed at WEST tokamak. The article briefly describes the architecture of the GEM detector and the measurement system. Currently the system can work in two trigger modes: Global Trigger and Local Trigger. All trigger processing blocks are parts of the Charge Signal Sequencer module which is responsible for transferring data to the PC. Therefore, the article presents structure of the Sequencer with details about basic blocks, theirs functionality and output data configuration. The Sequencer with the trigger algorithms is implemented in an FPGA chip from Xilinx. Global Trigger, which is a default mode for the system, is not efficient and has limitations due to storing much data without any information. Local trigger which is under tests, removes data redundancy and is constructed to send only valid data, but the rest of the software, especially on the PC side, is still under development. Therefore authors propose the trigger mode which combines functionality of two existing modes. The proposed trigger, called Zero Suppression Trigger, is compatible with the existing interfaces of the PC software, but is also capable to verify and filter incoming signals and transfer only recognized events. The results of the implementation and simulation are presented.

19

Soft X-ray Diagnostic System Upgrades and Data Quality Monitoring Features for Tokamak Usage

Wojenski Andrzej, Linczuk Paweł, Piotr Kolasinski, Chernyshova Maryna, Mazon Didier, Kasprowicz Grzegorz, Pozniak Krzysztof T., Gaska Michał, Czarski Tomasz, Krawczyk Rafał

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2021

|

Vol. 67, No. 1

109--114

EN

The validation of the measurements quality after on-site diagnostic system installation is necessary in order to provide reliable data and output results. This topic is often neglected or not discussed in detail regarding measurement systems. In the paper recently installed system for soft X-ray measurements is described in introduction. The system is based on multichannel GEM detector and the data is collected and sent in special format to PC unit for further postprocessing. The unique feature of the system is the ability to compute final data based on raw data only. The raw data is selected upon algorithms by FPGA units. The FPGAs are connected to the analog frontend of the system and able to register all of the signals and collect the useful data. The interface used for data streaming is PCIe Gen2 x4 for each FPGA, therefore high throughput of the system is ensured. The paper then discusses the properties of the installation environment of the system and basic functionality mode. New features are described, both in theoretical and practical approach. New modes correspond to the data quality monitoring features implemented for the system, that provide extra information to the postprocessing stage and final algorithms. In the article is described also additional mode to perform hardware simulation of signals in a tokamak-like environment using FPGAs. The summary describes the implemented features of the data quality monitoring features and additional modes of the system.

20

Measurement Capabilities Upgrade of GEM Soft X-ray Measurement System for Hot Plasma Diagnostics

Linczuk Pawel, Wojenski Andrzej, Kolasinski Piotr, Krawczyk Rafal, Zabolotny Wojciech, Pozniak Krzysztof, Chernyshova Maryna, Czarski Tomasz, Gaska Michal, Kasprowicz Grzegorz, Malinowski Karol

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2021

|

Vol. 67, No. 1

115--120

EN

The paper presents improvements of the developed system for hot plasma radiation measurement in the soft Xray range based on a Gas Electron Multiplier (GEM) detector. Scope of work consists of a new solution for handling hardware time-synchronization with tokamak systems needed for better synchronization with other diagnostics and measurement quality. The paper describes the support of new modes of triggering on PC-side. There are communication and data path overview in the system. The new API is described, which provide separate channels for data and control and is more robust than the earlier solution. Work concentrates on stability and usability improvements of the implemented device providing better usage for end-user.