GNURadioの量子ファームウェア拡張の概要：2Qubit編

前回の「GNURadioの量子ファームウェア拡張の概要：SDR連携編」の続きとなります。具体的な内容としては、2Qubit以上を扱うための方法の解説となります。

まず、ゲート側として、2Qubit以上を操作するゲートとして、CNOTブロックとCTRL junction pointブロックを用意しています。要するに、操作したいQubitに対して、CTRL junction pointブロックを使用して接続する形で制御します。（ほかにもいろいろありますが、今回はCNOTのみをターゲットとしています。）

さらに、Qubitの操作や観測系も、2Qubit対応のため、 Qubit SimulatorブロックとQubit Detectorブロックの入出力portが2倍になっています。これは、特別なブロックを用意しているわけではなく、ブロックの機能として、Qubit数を設定できるようにしてあるためです。

続いてのポイントは、今まであえて説明してこなかったQuantum Coprocessorブロックについている「3本目」のportです。いままでのgate portとreadout portに加えて、control portというものがあります。これが、他のQubitを操作するときに使うportとなります。このportから出力された電波は、 CTRL junction pointブロックで繋がっているQubitにも影響を与えます。これにより、2Qubit以上の制御が可能となっています。（ただし、gate portとcontrol portは共通ということもあるため、SDRのサンプルではMultiplayブロックを使って一本にしています。さらに、 controlはDCであることもあるため、CNOTブロック内でDCも選択できるようになっています。）

最後に、現在の拡張機能を簡単に紹介します。

• ゲートブロックのI wave&Q wave出力ポート
  • 生成予定のI waveとQ waveを出力するデバッグ用のポートである
• Sync Qubitブロック
  • FPGA化するときに、2Qubit以上（2個以上のSDRなど）をコントロールするときに使用するブロックである
• Qubit Detectorブロックのfeedbackポート
  • Qubit観測後（readout後）、Qubitを初期化（Initializerブロック）するには、readout状態を踏まえたうえで初期化する必要がある。そのため、Initializerブロックにreadout状態をfeedbackするためのポートである

以上、GNURadioの量子ファームウェア拡張編の三部作が終了です。まだ、完全に動く状態となっていないため、現時点では非公開ですが、試してみたい方はご連絡いただければ、コードのほうを送付させていただきます。