人物介紹

Natalia Ares 是牛津大學(xué)材料系的副教授。她的研究方向之一是應(yīng)用人工智能算法來探究量子器件控制和量子熱力學(xué)。

蘇黎世儀器對其進行了專訪，讓我們看看鎖相放大器是如何幫助她研究納米級器件中的量子行為。

1.?您使用機器學(xué)習(xí)對量子點進行表征的研究很有吸引力。請介紹一下您決定采用這種方法進行測量的原因以及具體的做法。

我們之所以開始在實驗室中使用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，是因為我們發(fā)現(xiàn)在所有應(yīng)用中量子器件在可擴展性方面有一個普遍存在的瓶頸：每個器件都必須進行表征和調(diào)諧，這需要探索巨大的參數(shù)空間。

即使是經(jīng)驗豐富的研究人員，手動表征和調(diào)諧量子器件也很費時；如果有一大批量子器件，此工作就會一下子變得非常棘手。我們的研究通過自動化測量來應(yīng)對這個難題。在我看來，要快速地從目前的少數(shù)量子比特器件擴大到技術(shù)上有實用價值的數(shù)量，這一點是關(guān)鍵。

在我們針對這一課題發(fā)表的第一篇論文中, 我們展示了機器學(xué)習(xí)算法如何高效地實時測量量子器件，將測量時間最多降低到四分之一。最近，我們還展示了在無人工輸入的情況下，自動調(diào)諧量子器件的速度比人類專家更快。

參數(shù)并非隨控制信號單調(diào)變化，并且此變化也不是總能被預(yù)測，使得自動調(diào)諧器件的任務(wù)極其復(fù)雜：來自 DeepMind 的科學(xué)家和我在牛津大學(xué)的團隊發(fā)現(xiàn)了一種算法，可以將“原始”雙量子點器件調(diào)諧至可操作狀態(tài)。我們認為通過這項技術(shù)有希望實現(xiàn)對大型量子電路的調(diào)諧。

2.?您能講述一下您的科學(xué)家生涯嗎？

我來自阿根廷，曾在阿根廷的布宜諾斯艾利斯大學(xué)學(xué)習(xí)物理。我的碩士論文研究的是量子混沌，這是一個理論課題，著重研究擾動對量子系統(tǒng)的影響。畢業(yè)后，我想從事量子器件的實驗實現(xiàn)，并移居法國攻讀研究生。

我開發(fā)了用于實現(xiàn)基于集成電路技術(shù)的長壽命量子比特的 SiGe 量子器件。六年多前我以博士后身份來到牛津大學(xué)，不久后獲得了瑪麗·斯克沃多夫斯卡·居里獎學(xué)金。從那時起，我被授予坦普頓獨立研究獎學(xué)金，目前是皇家學(xué)會大學(xué)研究員。

在牛津大學(xué)，我起初研究用于自旋量子比特讀取和碳納米管機電的射頻反射測量法。目前，我的團隊在研究針對量子比特可擴展性的機器學(xué)習(xí)，以及開發(fā)用于研究量子熱力學(xué)的量子器件。

一路走來，我的學(xué)習(xí)與工作歷程都十分順利，也獲得了很多貴人的幫助，對此我深感幸運。我認為導(dǎo)師和榜樣的作用至關(guān)重要。特別是對從事科研工作的女性而言，我們所有人都必須更加努力地建立一些啟發(fā)和引導(dǎo)機制，最重要的是，這些機制要能夠減少對女性科研人員的歧視和額外挑戰(zhàn)。

3.?蘇黎世儀器的 UHFLI 鎖相放大器為您的研究提供了怎樣的幫助？

我們利用 UHFLI 通過射頻反射測量法讀取半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)，并在與量子比特態(tài)相關(guān)的量子電容變化方面實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的靈敏度，這對于快速準確地讀取量子比特至關(guān)重要。得益于 UHFLI的強大性能，實驗速度更快，實驗流程更簡潔。

我們還利用 UHFLI 在懸空碳納米管中檢測到了單電子隧穿驅(qū)動的相干納米力學(xué)振蕩。這類振蕩此前從未被觀測到，因為要想檢測這種振蕩，耦合強度和測量速度缺一不可，而這是極具挑戰(zhàn)的一件事。但我們的實驗同時滿足了這兩項要求，因此我們能將其背后的原理與激光原理聯(lián)系起來。在此實驗中，我們使用了 UHFLI自帶的PID 控制器選件來生成校正電壓以穩(wěn)定機械性能。

近期活動——2022年量子技術(shù)用戶交流會

近期，蘇黎世儀器舉辦了2022年量子技術(shù)用戶交流會。

在這次用戶交流會上，Natalia Ares 教授分享了如何利用機器學(xué)習(xí)優(yōu)化半導(dǎo)體量子器件的測量。在她的實驗中，對量子器件狀態(tài)的快速高保真讀取，是生成訓(xùn)練人工智能所需的大量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)在，機器學(xué)習(xí)能夠提高半導(dǎo)體量子點調(diào)諧的速度和可靠性，并且能夠在此平臺上進行更快、更可靠的量子比特實驗。

產(chǎn)品介紹——UHFLI 鎖相放大器

作為一款旗艦級鎖相放大器，UHFLI 的可測量頻率范圍涵蓋從直流DC到 600 MHz ，具有30 ns 的最短解調(diào)時間常數(shù)，解調(diào)帶寬超過 5 MHz。