Le piège à ions de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Université d'Innsbruck, en Autriche

Le générateur de formes d’ondes arbitraires PCI Express de Spectrum utilisé en recherche quantique



  • L’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Université d’Innsbruck, en Autriche, a opté pour un générateur de forme d’onde arbitraire (AWG) pour fournir une variété de signaux pour ses recherches.
  • En raison de la variété des expériences pour lesquelles il est utilisé, l’un des critères de choix était de disposer de la possibilité de programmer le générateur avec un PC pour personnaliser le signal de sortie.
  • L’institut a choisi la carte Spectrum M4i.6631-x8 au format PCI Express été sélectionnée qui peut être intégrée dans un PC et directement pilotée par celui-ci.

 
« Cette solution est hautement configurable », explique Christine Maier, chercheuse à l’Institut. La carte Spectrum M4i.6631-x8 offre deux canaux AWG (Arbitrary Waveform Generator pour générateur de formes d’ondes arbitraires), un choix d’options de déclenchement, des entrées d’horloge externe, des modes de relecture multiples et synchronisés, des fonctions de bouclage et même la possibilité de combiner deux entrées de déclenchement via des portes logiques combinées avec une résolution élevée et un taux d’échantillonnage de 1.25 GS / s. Toutes ces caractéristiques nous offre la flexibilité nécessaire à nos projets actuels et futur avec un seul instrument.  »
 
La première application consiste à appliquer un signal à fréquences multiples dans le régime radiofréquence. Chaque composante de fréquence est réalisée en utilisant une fonction sinusoïdale. Le signal résultant est utilisé pour adresser simultanément des ions distincts dans un simulateur quantique à piégeage d’ions.
 
Christine Maier ajoute : «Nous effectuons la simulation quantique avec des ions de calcium refroidis piégés. Nous avons besoin d’adresser chaque ion individuellement dans une chaîne linéaire. Pour y parvenir, nous envoyons un faisceau laser à travers un déflecteur acousto-optique (AOD). La fréquence du signal radiofréquence définit l’angle de déviation du faisceau laser et donc l’ion qui est adressé. L’AWG nous permet de produire des signaux à fréquences multiples de sorte que nous pouvons maintenant adresser simultanément plusieurs ions dans la chaîne. L’expérience est plus rapide parce que nous n’avons pas besoin d’analyser chaque ion individuellement, mais cela nous ouvre aussi un champ d’étude entièrement nouveau car, jusqu’à présent, nous ne pouvions étudier que le transport d’énergie non perturbé dans notre chaîne d’ions. En s’attaquant à des ions individuels avec une force arbitraire, nous pouvons maintenant créer des barrières de potentiel arbitraires et étudier le transport d’énergie dans des systèmes quantiques désordonnés. L’AWG nous permet même de programmer des potentiels variable dans le temps des phénomènes de désordre dynamique.»
 
La seconde application est l’annulation, par interférence destructive, de termes de mélange de fréquence indésirables qui apparaissent, par exemple, lors de l’application de signaux à fréquences multiples à un modulateur acousto-optique. «L’application de signaux RF aux cristaux acousto-optiques est une technique classique dans notre laboratoire», indique Christine Maier. « Lors de l’application de signaux à fréquences multiples, plusieurs composantes de fréquence de résonance et de fréquence apparaîtront et finiront par correspondre au signal optique que vous envoyez sur les ions. Ce qui pose deux problèmes. D’abord, vous perdez de la puissance à partir des composantes de fréquence que vous souhaitez. Ensuite, les termes de mélange peuvent atteindre certaines fréquences de résonance de la chaîne d’ions et détruire le modèle quantique que vous désirez simuler. L’AWG nous permet d’annuler en temps réel ces termes non désirés via des interférences destructives dans les boucles de mesure et de rétroaction. »