用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法制造方法及图纸

本公开提供了一种用于离子阱量子实验的电子学装置，包括：通讯功能模块，用于接收用户发送的工作指令，并发送至中央控制模块；中央控制模块，用于接收工作指令，基于工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；计数器功能模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至中央控制模块；中央控制模块，还用于接收计数结果，将计数结果通过通讯功能模块发送给用户，和/或基于计数结果控制信号输出功能模块生成相应的信号；信号输出功能模块，用于基于工作指令和/或计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。

【技术实现步骤摘要】
用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法
本公开涉及离子阱实验领域，具体涉及一种用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法。
技术介绍
离子阱因其能够稳定地存储量子态技术，在量子信息、量子计算、原子分子光谱、光学频率标准等领域具有广泛的应用，同时，离子阱平台被认为是最有希望发展出商业通用量子计算机的平台之一。在现有的离子阱实验装置中，量子实验所用的电子学装置仍为分立式的电子学模块，每个模块的功能不能灵活地重新配置，多个模块间的协同需要通过外部上位机的协调控制，各模块间的信息交互也需要通过通信总线进行数据传递，这都使得现有的电子学装置存在额外的数据延迟以及同步问题，影响了数据传输的速率和实时性。
技术实现思路
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本公开提供一种用于离子阱量子实验的电子学装置包括：中央控制模块、通讯功能模块、计数器功能模块和信号输出功能模块；所述通讯功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收用户发送的工作指令，并将所述工作指令发送至所述中央控制模块；所述中央控制模块，用于接收所述工作指令，基于所述工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；所述计数器功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对所述待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制模块；所述中央控制模块，还用于接收所述计数结果，将所述计数结果通过所述通讯功能模块发送给用户，和/或基于所述计数结果控制所述信号输出功能模块生成相应的信号；所述信号输出功能模块，连接所述中央控制模块，用于基于所述工作指令和/或所述计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。可选地，所述通讯功能模块包括通讯接口电路和通讯总线模块；所述通讯接口电路，用于接收用户发送的工作指令；所述通讯总线模块，连接所述中央控制模块，用于向所述中央控制模块发送所述工作指令。可选地，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述信号输出功能模块的初始化运行参数，和控制所述信号输出功能模块的运行状态，以使所述信号输出功能模块输出所需的信号，所述信号输出功能模块包括：所述任意波形发生器功能模块用于生成并输出任意波形信号；所述脉冲发生器功能模块用于生成并输出脉冲信号；所述直接数字合成器功能模块用于生成并输出射频信号；所述反馈控制器功能模块用于接收反馈输入信号和生成并输出反馈输出信号。可选地，所述任意波形发生器功能模块包括任意波形发生器模块和任意波形发生器输出电路；所述任意波形发生器模块，用于产生数字波形信号；所述任意波形发生器输出电路，用于将所述数字波形信号转换成模拟波形信号并输出所述模拟波形信号。可选地，所述脉冲发生器功能模块包括脉冲发生器模块和脉冲发生器输出电路；所述脉冲发生器模块，用于生成脉冲信号；所述脉冲发生器输出电路，用于输出所述脉冲信号。可选地，所述直接数字合成器功能模块包括直接数字合成器控制模块和直接数字合成器输出电路；所述直接数字合成器控制模块，用于根据所述工作指令在预设时间点配置所述直接数字合成器输出电路的输出射频信号的参数；所述直接数字合成器输出电路，用于生成并输出射频信号。可选地，所述反馈控制器功能模块包括反馈控制器模块和反馈控制器外围电路；所述反馈控制器外围电路，用于将接收的反馈输入信号并发送至所述反馈控制器模块和接收并输出所述反馈控制器模块发送的反馈输出信号；所述反馈控制器模块，用于接收并处理所述反馈输入信号，并将处理后获得的反馈输出信号发送至所述反馈控制器外围电路。可选地，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述计数器功能模块的初始化运行参数，以使所述计数器模块对待测数字信号进行计数，所述计数器功能模块包括甄别器和计数器模块；所述甄别器，用于接收并处理离子阱量子实验产生的所述待测数字信号；所述计数器模块，用于对所述甄别器处理后的待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制器模块。可选地，所述电子学装置还包括存储功能模块，连接所述中央控制模块，用于存储各功能模块的初始化静态配置参数和预设波形信息。本公开还提供了一种控制方法，基于上述的用于离子阱量子实验的电子学装置，所述控制方法包括：中央控制模块通过通讯功能模块接收用户发送的工作指令，并根据所述工作指令配置各功能模块的初始化参数；所述中央控制模块并行控制信号输出功能模块产生并输出用于离子阱量子实验的信号和/或计数器功能模块开启计数功能；当所述计数器功能模块接收离子阱量子实验产生的待测数字信号后，对所述待测数字信号进行计数，将计数结果发送至所述中央控制模块；所述中央控制模块将所述计数结果通过所述通信功能模块发送至用户，和/或判断当所述计数结果达到预设值时，控制所述信号输出功能模块输出相应的信号。与现有技术相比，本公开具有以下有益效果：1、构建以中央控制模块为核心的FPGA，实现对各个功能模块的并行控制，提高电子学装置整体的协调性。2、中央控制模块代替实现现有技术中常用的上位机的功能，减少各功能模块对外部上位机的依赖，各模块之间的数据交互不再需要通过通信总线实现，减少了数据传输的延时，优化了各模块间数据同步的效果。3、相比于现有技术中的分块式实验装置，本公开的电子学装置各功能模块的运行模式是可编程、可调整的，可根据用户的自身需求进行优化定制。附图说明为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：图1示意性示出了本公开实施例的用于离子阱量子实验的电子学装置的框图；图2示意性示出了本公开实施例的任意波形发生器功能模块的框图；图3示意性示出了本公开实施例中脉冲发生器功能模块的框图；图4示意性示出了本公开实施例中直接数字合成器功能模块的框图；图5示意性示出了本公开实施例中反馈控制器功能模块的框图；以及图6示意性示出了本公开实施例的控制方法的流程图。具体实施方式为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。参见图1，本公开提供了一种用于离子阱量子实验的电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，包括：/n中央控制模块、通讯功能模块、计数器功能模块和信号输出功能模块；/n所述通讯功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收用户发送的工作指令，并将所述工作指令发送至所述中央控制模块；/n所述中央控制模块，用于接收所述工作指令，基于所述工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；/n所述计数器功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对所述待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制模块；/n所述中央控制模块，还用于接收所述计数结果，将所述计数结果通过所述通讯功能模块发送给用户，和/或基于所述计数结果控制所述信号输出功能模块生成相应的信号；/n所述信号输出功能模块，连接所述中央控制模块，用于基于所述工作指令和/或所述计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，包括：
中央控制模块、通讯功能模块、计数器功能模块和信号输出功能模块；
所述通讯功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收用户发送的工作指令，并将所述工作指令发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块，用于接收所述工作指令，基于所述工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；
所述计数器功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对所述待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块，还用于接收所述计数结果，将所述计数结果通过所述通讯功能模块发送给用户，和/或基于所述计数结果控制所述信号输出功能模块生成相应的信号；
所述信号输出功能模块，连接所述中央控制模块，用于基于所述工作指令和/或所述计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。


2.根据权利要求1所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述通讯功能模块包括通讯接口电路和通讯总线模块；
所述通讯接口电路，用于接收用户发送的工作指令；
所述通讯总线模块，连接所述中央控制模块，用于向所述中央控制模块发送所述工作指令。


3.根据权利要求1所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述信号输出功能模块的初始化运行参数，和控制所述信号输出功能模块的运行状态，以使所述信号输出功能模块输出所需的信号，所述信号输出功能模块包括：
所述任意波形发生器功能模块用于生成并输出任意波形信号；
所述脉冲发生器功能模块用于生成并输出脉冲信号；
所述直接数字合成器功能模块用于生成并输出射频信号；
所述反馈控制器功能模块用于接收反馈输入信号和生成并输出反馈输出信号。


4.根据权利要求3所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述任意波形发生器功能模块包括任意波形发生器模块和任意波形发生器输出电路；
所述任意波形发生器模块，用于产生数字波形信号；
所述任意波形发生器输出电路，用于将所述数字波形信号转换成模拟波形信号并输出所述模拟波形信号。


5.根据权利要求3所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述脉冲发生器功能模块包括脉冲发生器模块和脉冲发生器输出电路；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫林，朱明东，秦熙，林毅恒，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34