用于多光子糾纏實(shí)驗(yàn)和冷原子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集和控制平臺(tái)研究.pdf

1、多光子糾纏實(shí)驗(yàn)和冷原子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)是量子信息學(xué)中的兩個(gè)前沿的實(shí)驗(yàn)，是量子信息學(xué)領(lǐng)域多個(gè)研究方向的重要基礎(chǔ)。多光子糾纏是簇態(tài)量子計(jì)算、高級(jí)量子通訊技術(shù)、量子糾錯(cuò)編碼的核心資源;冷原子存儲(chǔ)是量子存儲(chǔ)的一種重要方式，是遠(yuǎn)程量子通訊、基于量子中繼的分布式量子計(jì)算和大規(guī)模線性光學(xué)量子計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文以多光子糾纏實(shí)驗(yàn)和冷原子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)為背景，研究設(shè)計(jì)了可配置的數(shù)據(jù)采集和控制平臺(tái)。平臺(tái)綜合了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)電子學(xué)要求的異同，同時(shí)滿足了多光子糾

2、纏實(shí)驗(yàn)對(duì)多通道符合計(jì)數(shù)的需要，以及冷原子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制的需要。
　　為了保證可靠性和可擴(kuò)展性，平臺(tái)采用Eurocard的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)，使用插件—背板的方式構(gòu)建。背板具有多達(dá)64個(gè)星形連接的數(shù)據(jù)通道，用于解決多光子糾纏實(shí)驗(yàn)光子通道數(shù)大量增加的問題。為平臺(tái)前端設(shè)計(jì)了信號(hào)采集和發(fā)送插件、模擬輸出插件，用于采集信號(hào)、輸出時(shí)序信號(hào)、輸出模擬信號(hào)。信號(hào)采集插件的甄別閾值可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，模擬輸出插件可以配置輸出波形和輸出頻率。

3、>　　針對(duì)多光子糾纏實(shí)驗(yàn)，在數(shù)據(jù)采集和控制平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高性能的多通道符合計(jì)數(shù)器。符合計(jì)數(shù)器具有48個(gè)光子信號(hào)采集通道;采用單穩(wěn)態(tài)的方法產(chǎn)生窄脈沖，并利用位置約束的方法使符合寬度更窄更穩(wěn)定;使用動(dòng)態(tài)延時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)齊通道，用動(dòng)態(tài)相移的時(shí)鐘采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了48個(gè)通道的光子信號(hào)的符合測量和計(jì)數(shù)。
　　針對(duì)冷原子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)，在數(shù)據(jù)采集和控制平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)控制平臺(tái)。能夠控制最多48路時(shí)序信號(hào)同時(shí)采集16路時(shí)序信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)大量

4、激光器的時(shí)序控制，同時(shí)產(chǎn)生最多16路任意控制的模擬信號(hào)，可以控制聲光調(diào)制器和磁場梯度。
　　本文的創(chuàng)新之處如下:
　　(1)采用可配置的設(shè)計(jì)思想，完成一個(gè)應(yīng)用可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集和控制平臺(tái)。
　　(2)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于FPGA的光子信號(hào)符合計(jì)數(shù)器，完成了2.5ns符合寬度下的48個(gè)符合通道的數(shù)據(jù)采集。符合計(jì)數(shù)器采用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)信號(hào)延時(shí)的方式對(duì)齊信號(hào)，對(duì)齊后信號(hào)時(shí)間差在300ps以內(nèi);使用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)鐘相位的方式采集數(shù)據(jù)，解決了有效