SPECTRUM的AWG卡在量子计算机领域的应用案例

  斯图加特大学为他们的实验选择了spectrum的一款任意波形发生器，其中金刚石中的单个原子被氮原子取代。这种方法是应用于原子级的磁场探测器或量子计算机中的量子位的基础。
去除单个原子
  斯图加特大学物理系正在研究单一固态缺陷领域，特别关注金刚石中的氮空位（NV）中心，这些中心是通过去除碳原子并用氮原子取代形成的一个NV对。NV缺陷中心可作为一种原子大小的磁场传感器，有效地利用纳米级的核磁共振(NMR)装置来检测NV的自旋与微小的局部磁场的相互作用，从而检测出强度和频率。例如，测量硬盘驱动器上微小的读/写头的磁场强度，以使其具有特征。纳米NMR功能也可以用于单个蛋白质或薄膜的结构分析，因为只需要几个自旋就可以测量这些小样本，而不像正常大小的NMR。  在量子计算中，NVs也可以作为一个量子位，利用两个自旋状态和它们之间的叠加来处理。这是特别有趣的，因为它们在室温下有稳定的自旋态，这与需要超低温度和压力的类似选项不同。在金刚石的深度上，一些NVs通常是5nm，这取决于将氮原子植入金刚石晶格的能量。其目的是能够一次植入它们，为量子计算创建阵列。
任意波形发生器是必需的
  利用光激脉冲序列和微波和射频脉冲对NV中心进行控制。这需要非常精确的短脉冲序列。Spectrum的新一代任意波形发生器(AWG)被选择为这一频谱提供输入，因为Spectrum能够提供所需的10个输出通道（4个模拟通道和6个数字通道）的AWG提供输入。Spectrum的模块化设计理念使该公司能够通过增加一个内部子板来为标准的四个模拟通道增加六个额外的数字标记通道，以提供额外的连接。所使用的AWG型号是DN2.663-04 generatorNETBOX，它是一个独立的设备，通过以太网连接到控制PC。AWG控制激光器，使用IQ调制的微波信号，产生射频脉冲，并触发数据采集设备来确定自旋状态。实验物理学家Thomas Oeckinghaus解释说:“实际上，它通过大量的输出通道来运行整个实验。”他正在做这项研究的博士学位。“选择spectrum的AWG产品的关键因素是它的速度，因为我们的实验需要非常短的脉冲，时间在10到20纳秒之间。在1.25 GSamples/s中，它可以用800皮秒的非常高的时间分辨率来控制他们。”
新的设备
  使用新的设备，特别是提供高灵活性的设备，总是很有挑战性的，不过他发现用户手册文档写的非常清楚，这使安装变得简单明了。只遇到一个问题，Spectrum在第二天提供了一个新的驱动程序并进行了修复。他总结道:“在选择新设备时，检查清单中经常可以忽略售后支持，”他总结道。 “第二天有一个修复程序给我留下了深刻的印象。这让我有信心，如果我遇到问题，Spectrum会很快对它进行解决。“Spectrum AWG的每个通道都有一个16位数模转换器（DAC），可以生成频率范围从DC到400 MHz的精确灵活的波形，以模拟真实世界的信号。为了生成长而复杂的波形，AWG具有多种操作模式，如单次，循环，FIFO，门控和序列重放。 AWG甚至可以在新波形数据发送到板载内存时输出信号。