Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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).

2

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.

3

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.

4

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.

5

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.

6

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.

7

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.

8

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.

9

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.

10

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.

11

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.