Regionaler Siemens Excellence Award für Robin Müller

Robin Müller hat für seine Bachelorthesis über die Implementation des Kalibrierungsprozesses für Experimente mit Quantencomputern den regionalen Siemens Excellence Award bekommen. Damit kandidiert er automatisch für den nationalen Award im nächsten Frühling.

Robin Müller arbeitet seit Herbst 2022 als MSE-Student und wissenschaftlicher Assistent am ISE. Seine Bachelorarbeit hat er zuvor am ISE durchgeführt, in Zusammenarbeit mit dem Quantum Device Laboratory der ETH Zürich.

Quantencomputer arbeiten nicht mit klassischen digitalen Bits, sondern mit Quantenbits. Zu deren Ansteuerung und zum Auslesen werden Mikrowellenpulse verwendet, deren Trägerfrequenz zum Qubit passen muss. Diese wird in einem Kalibrierprozess ermittelt.

Um diesen Kalibrierprozess ging es in der Bachelorthesis von Robin Müller: Der Prozess solle auf der Basis eines RF-SoC-FPGAs („Zync“ Baustein von AMD-Xilinx) implementiert und damit gegenüber der bisherigen Lösung massiv beschleunigt werden. Verwendet wurde ein „Field Programable Gate Array“ (FPGA) Baustein der „Zync“-Familie von AMD-Xilinx, der Hochfrequenzsignale („Radiofrequency“, RF) ansteuern kann und über einen integrierten Mikroprozessor als „System-on-Chip“ (SoC) verfügt.

Als besondere Herausforderung galt, Sinus-Signale mit einer Abtastrate von 10 Milliarden Samples pro Sekunde (10GS/s) mit laufend neu berechneten Abtastwerten bei einer hohen Phasenstabilität zu erzeugen. Für den Kalibrierprozess musste mehrere Tausend Male zwischen sehr verschiedenen Frequenzen umgeschaltet werden können. Bei der bisherigen Lösung dauerte so eine Umschaltung mehrere Zehntelssekunden und damit der ganze Ablauf viel zu lange. Die neue FPGA-Lösung erlaubte nun dank der in Hardware „on-the-fly“ (also im laufenden Betrieb) erfolgten Berechnung der Sinuswerte, die Umschaltzeit um einen Faktor 4 Millionen auf wenige Nanosekunden zu verkürzen und damit den Kalibrierprozess wesentlich zu beschleunigen.

Robin Müller hat diese Aufgabe so gut gelöst, dass er nun den regionalen Siemens Excellence Award gewonnen hat und seine Ausbildung an der FHNW bzw. am ISE mit dem Masterstudium (MSE-Studium) fortsetzen kann.

Auskunft erteilen: Robin Müller und Prof. Michael Pichler