超导量子比特的毫秒级校准与基准测试

超导量子比特参数在亚秒时间尺度上漂移，这促使了可在毫秒时间尺度上执行的校准和基准测试技术的发展。我们展示了一种基于 FPGA 的工作流程，该流程将脉冲生成、数据采集、分析和前馈功能集成在一起，消除了 CPU 往返。在此工作流程中，我们引入了稀疏采样和 FPGA 上推理工具，包括用于估计指数和正弦类响应函数的计算高效方法，以及 FPGA 上实现的 Nelder-Mead 优化和黄金分割搜索。这些方法实现了用于读出校准、光谱学、脉冲幅度校准、相干性估计和基准测试的低延迟原语。我们部署这套工具，在 10 毫秒内估计 $T_1$，在 100 毫秒内优化读出参数，在 1 毫秒内优化脉冲幅度，并在一个磁通可调的超导 transmon 量子比特上在 107 毫秒内执行 Clifford 随机化门基准测试。连续运行闭环 FPGA 上重新校准协议 6 小时，实现了超过 74,000 次连续重新校准，并产生了始终优于基线初始校准的门错误率。相关性分析表明，重新校准抑制了门误差与控制参数漂移的耦合，同时保持了与相干性相关的性能。最后，我们在稀疏采样方法下量化了不确定性相对于决策时间的关系，并确定了用于高效估计量子比特和脉冲参数的最佳参数范围。