直播回顾：Moku:Delta 量子信息实验的多仪器协同创新

基于离子阱、中性原子、NV 色心等天然量子比特的量子信息处理，已成为量子计算与精密测量的关键技术路径。然而，实验过程中往往面临多设备同步困难、多通道协同复杂、FPGA 编程门槛高，以及比特数增加带来的机柜空间急剧膨胀等问题，这些因素长期制约了实验效率和实验进程。

7 月 24 日Liquid Instruments 的线上研讨会《多仪器协同系统如何加速量子信息实验前沿研究》介绍了量子比特的分类、原子系统的实验优势，以及离子阱、中性原子、NV 色心平台的量子信息处理原理和关键实验技术，并通过 Moku App 演示了如何利用 Moku:Delta 的多仪器并行功能，在 FPGA 上同时部署运行 任意波形发生器、激光锁频/稳频器、锁相放大器等功能，这样不仅可以满足激光冷却所依赖的激光稳频与功率稳定要求，还可应对微弱信号的解调检测、光子计数，以及原子阵列的二维排布与精确寻址等多重测试测量需求，极大缓解了中性原子实验系统的复杂性。

直播亮点回顾

1. 量子实验实现的技术挑战

• 激光光源的不稳定

频率漂移和光谱展宽；失谐、非共振激发；环境影响（温度、振动等）会降低激光稳定性

缓解措施：将激光锁定到稳定的参考源（例如高精细度参考腔、光学频率梳）

定时与同步问题

• 量子控制（例如Ramsey、Rabi实验）需要对脉冲序列进行精确定时控制

时间抖动会降低相干性和干涉相位稳定性；不同设备间的异步触发会导致事件丢失和额外噪声

缓解措施：使用时间抖动低且分辨率高的硬件设备，并确保各仪器功能能被准确同步

• 低信噪比下的微弱信号提取

环境噪声、波动和散粒噪声会掩盖微弱信号；系统漂移和抖动会掩盖微小的相位或频率变化；在低计数系统（例如单个离子或原子）中对微弱信号的分辨极具挑战

缓解措施：使用锁相检测、长时间探测平均对微弱信号进行提取

2. 基于 FPGA 可重构特性的量子实验一体化解决方案

Moku是由Liquid Instruments基于FPGA技术开发的多功能测试测量平台，结合高带宽模数转换器和数模转换器，实现高速数据采集、处理分析、波形生成以及实时闭环控制等多种仪器算法和应用。

最新发布的 最大限度满足量子实验定制化需求，基于 FPGA将15+种仪器功能被集成在一个硬件上，不仅可以灵活切换仪器功能，还可以组建自定义的测试测量系统。Moku:Delta的主要技术优势有：

• 高分辨率高带宽：20+14位ADC, 2GHz 任意波形发生器和示波器

• 高度适配多通道系统：8个输入 / 8个输出及32个 DIO 通道

• 满足高稳定度与同步性测量需求：同时集成1ppb OCXO, VCXO和GNSS模块精确测量时间和控制激光脉冲：亚皮秒级时间分辨率，无死时间的TFA

• 微弱信号测量：超低底噪锁相放大器，<10 nV/√Hz

• 多仪器协同：15种仪器功能和高达8个仪器功能同时并行能力，可配置超过二十亿种自定义测试测量方案 

3. 使用Moku进行量子实验演示案例

• 在中性原子实验平台部署 Moku:Delta

中性原子实验中需要使用到锁相放大器、激光锁频/稳频器等多种仪器功能，使用Moku:Delta可同时运行这些功能，并通过数字方式实现内部和外部信号线路的连接，操作简单，避免了导线连接造成的信号损失。

• 使用Moku平台生成Ramsey 序列

在Moku平台上，可以最多使用8通道的任意波形发生器生成脉冲序列，工程师演示了在示波器上显示脉冲信号演变过程，使用锁相放大器解调 Ramsey 脉冲响应振幅，同时Moku支持使用 Python API 进行外部控制，满足量子实验对设备控制、数据显示分析的灵活自定义需求。

精彩问答

本次直播除了专家干货满满的分享之外，更有精彩的 Q&A 互动环节，下面是对本次 Q&A 环节的亮点回答：

   Q1:在 Moku 上已经部署了由 AWG+PID+LIA多仪器功能组合测试系统，是否还可以对   FPGA 进行自定义编程与这些预开发标准的仪器协同使用？

A1: 这是完全可以的。我们的 Moku 云编译功能就是针对 FPGA 进行再编程，可以根据您的特定需求设计自定义算法。我们需要结合 MiM（多仪器并行模式），可以让自定义算法与已部署的标准仪器（如 AWG、PID 控制器和锁相放大器）协同运行，实现更高的定制化与扩展性，显著提升多仪器系统的测试与测量能力。

Q2:Delta的输入输出端口有办法扩展到各16个吗，PID这类每个插槽需要两个输入输出，8个有些不够用。

A2:对于需要更多通道（如扩展至 16 输入 / 16 输出）的应用，可以通过多台设备协同实现逻辑扩展。Moku:Delta 内置 1 ppb 级 OCXO 与 VCXO 稳定时钟，并支持 GNSS（全球卫星同步） 以及 10 MHz / 100 MHz 外部参考输入。通过外部高稳定度时钟或 GNSS 同步，能够确保多台设备实现 统一时基、亚皮秒级时间对齐及低抖动同步触发，从而搭建一个高通道数、高稳定性的量子实验测量与控制平台。

Q3: 神经网络支持哪些类型？

A3: Moku 神经网络支持Fully Connected Dense Layer（全连接层）构建神经网络，用户可以使用 Python 开发和训练自己的神经网络，并在多仪器并行模式下将训练好的神经网络上传到 Moku:Pro 。这样就可以与Moku上测试测量仪器功能协同使用，可以轻松将机器学习算法应用到物理系统，实现智能反馈控制和实时数据分析等应用，提高实验实时性。Moku 神经网络具有多达五个全连接层，每个层包含多达 100 个神经元，并根据您的应用提供五种不同的激活函数选项，以适应不同应用需求。

关于Moku

Liquid Instruments的可重构测试平台Moku，是专为灵活定制与多种仪器功能高度集成设计的测试测量解决方案。一台设备实现高速数据采集、处理分析、波形生成以及实时闭环控制等多种仪器算法和应用。如今，Moku硬件平台包括Moku:Go、Moku:Lab、Moku:Pro 以及全新发布的Moku:Delta，适应从高端科研到工业研发不同阶段实验变化需求。用户能够使用Moku组建高性能自定义测试系统，并可以通过开发硬件加速算法以及部署神经网络模型来加速产品设计与验证流程。Liquid Instruments 持续助力工程师和科学家推动量子、半导体、航空航天和国防等行业创新。

关于埃光

埃光科技（Aphoton）是一家专注于高端科研光电产品代理及系统集成的公司，总部位于北京市海淀区，目前已成立杭州、武汉、深圳办公室。

如果您需要购买、试用产品、咨询技术支持，请致电埃光科技官方热线：4001148321，我们将竭诚为您提供可靠的产品及贴心的服务。

电话｜400-1148-321

邮箱｜info@aphoton-oe.com

网址｜www.aphoton-oe.com