26/07/01中性原子體系正在成為當(dāng)前量子計(jì)算領(lǐng)域最具潛力的技術(shù)路線之一。
近年來，隨著光鑷陣列、里德堡相互作用以及可編程原子陣列技術(shù)的發(fā)展，中性原子量子計(jì)算正從數(shù)十量子比特向數(shù)百甚至上千量子比特快速擴(kuò)展。
與此同時(shí)，科學(xué)相機(jī)的核心使命，正在從極限弱光成像轉(zhuǎn)向高保真的量子態(tài)判讀。
從“看見光子”到“讀懂量子” 鑫圖為量子計(jì)算構(gòu)筑核心能力
鑫圖推出的新一代單光子級(jí)sCMOS科學(xué)相機(jī)——Aries 6504 Pro，能夠在收光效率、系統(tǒng)噪聲控制和時(shí)序同步三個(gè)維度，為量子科技提供系統(tǒng)級(jí)成像解決方案支撐。
一、 提升量子判讀保真度 精準(zhǔn)分辨“0態(tài)”與“1態(tài)”
在單原子量子比特讀出過程中，可用于判讀的有效光子數(shù)量十分有限。因此，科學(xué)相機(jī)首先需要解決的問題是：如何盡可能保留每一個(gè)有效光子，盡可能降低探測鏈路引入的附加噪聲。
95% 峰值量子效率（QE）
采用背照式BSI sCMOS架構(gòu)，峰值量子效率高達(dá)95%，能夠最大限度收集單原子散射產(chǎn)生的有效光子，提高信號(hào)利用率。
0.43 e? 超低讀出噪聲
達(dá)到單光子級(jí)探測靈敏度，進(jìn)一步拉開亮態(tài)與暗態(tài)之間的信號(hào)分布，提高量子態(tài)判讀閾值的容錯(cuò)空間。
6.5 μm 黃金像元設(shè)計(jì)
兼顧高NA光學(xué)系統(tǒng)奈奎斯特采樣要求與單像素集光能力，在空間分辨率與信號(hào)收集效率之間實(shí)現(xiàn)平衡優(yōu)化。
核心價(jià)值解讀：高QE、低度出噪聲、像元尺寸設(shè)計(jì)本質(zhì)都是為了提升亮態(tài)與暗態(tài)的統(tǒng)計(jì)可分辨性，提高量子比特狀態(tài)判讀保真度。
二、 降低系統(tǒng)誤差預(yù)算 守住每一個(gè)有效信號(hào)
對(duì)于量子比特判讀而言，真正影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的并不只是信號(hào)強(qiáng)度本身。背景不一致性、系統(tǒng)本底噪聲以及相鄰原子熒光串?dāng)_等，都是降低量子態(tài)讀出保真度的影響因素。因此對(duì)科學(xué)相機(jī)的長期穩(wěn)定性、一致性和重復(fù)性提出更高要求。
PRNU: < 0.3%，DSNU : 0.3 e?
有效提升背景均一性與定量測量一致性，降低像元間響應(yīng)差異帶來的系統(tǒng)誤差。
深度穩(wěn)定制冷
在室溫環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)-20℃制冷能力，暗電流低至0.01 e?/pixel/s，有效抑制長時(shí)間運(yùn)行過程中的背景漂移。
實(shí)時(shí)背景校正功能
配套軟件支持實(shí)時(shí)減背景處理功能，提高弱信號(hào)條件下的信噪比表現(xiàn)，并減少后處理工作量。
核心價(jià)值解讀：從硬件、軟件、算法三維度建模，將背景從不可控漂移項(xiàng)轉(zhuǎn)化為可校正項(xiàng)，降低系統(tǒng)誤差預(yù)算，提高量子態(tài)判讀一致性。
三、支撐實(shí)時(shí)反饋控制 成為量子控制鏈路的重要探測節(jié)點(diǎn)
隨著中性原子量子計(jì)算向更大規(guī)模陣列發(fā)展，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)越來越依賴實(shí)時(shí)反饋控制。例如：
· 原子裝載檢測
· 原子陣列重排
· 量子門操作后的狀態(tài)讀取
· 自動(dòng)化閉環(huán)優(yōu)化
這些應(yīng)用不僅要求科學(xué)相機(jī)快速、準(zhǔn)確地完成量子態(tài)讀出，還要求其能夠與實(shí)驗(yàn)時(shí)序控制系統(tǒng)保持精準(zhǔn)同步，并將狀態(tài)信息及時(shí)傳遞至控制系統(tǒng)，支撐實(shí)時(shí)反饋控制。
高速量子態(tài)讀出能力
在0.43 e?超低讀出噪聲下依然實(shí)現(xiàn)99 fps高速采集，并支持ROI高速讀出，在兼顧量子態(tài)判讀保真度的同時(shí)縮短狀態(tài)讀出時(shí)間，為反饋控制提供快速、可靠的數(shù)據(jù)輸入。
精準(zhǔn)時(shí)序同步能力
提供SMA硬件觸發(fā)、Global Reset同步曝光及豐富的Trigger I/O功能，可與實(shí)驗(yàn)時(shí)序控制系統(tǒng)建立統(tǒng)一的硬件同步機(jī)制，實(shí)現(xiàn)曝光、讀出與控制信號(hào)的精準(zhǔn)協(xié)同，為量子實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化閉環(huán)控制提供穩(wěn)定可靠的時(shí)間基準(zhǔn)。
高速輸出能力
支持 CoaXPress（CXP）與 USB3.2 雙高速數(shù)據(jù)接口，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)架構(gòu)在“極限帶寬傳輸”與“靈活集成部署”之間進(jìn)行選擇，從而構(gòu)建穩(wěn)定、低延遲的反饋數(shù)據(jù)通路。
核心價(jià)值解讀：從獨(dú)立成像設(shè)備升級(jí)為量子實(shí)驗(yàn)控制鏈路的重要探測節(jié)點(diǎn)，通過高速狀態(tài)讀出、精準(zhǔn)時(shí)序同步和高速數(shù)據(jù)傳輸，為實(shí)時(shí)反饋控制提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
鑫圖科學(xué)成像解決方案 為量子科技的未來“逐光開路”
量子計(jì)算的進(jìn)步，往往不是從“更強(qiáng)的光”開始，而是從“更好地理解微弱信號(hào)”開始。在冷原子與中性原子量子比特讀出場景中，真正決定系統(tǒng)上限的，從來不是某一個(gè)孤立參數(shù)，而是整條成像鏈路能否把少量但關(guān)鍵的信息保留下來，并穩(wěn)定地交給實(shí)驗(yàn)者。
Aries 6504 Pro，正是圍繞這樣的需求而來。它不僅是一臺(tái)單光子級(jí) sCMOS 科學(xué)相機(jī)，更是一套面向量子態(tài)判讀、系統(tǒng)誤差控制與支撐反饋控制機(jī)制的科學(xué)成像解決方案。
從“看見光子”到“讀懂量子”，鑫圖將持續(xù)為量子科技的未來“逐光開路”。
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