离子态信息采集方法与装置、存储介质、测控系统与流程

1.本发明涉及量子计算机技术领域，尤其涉及一种离子态信息采集方法与装置、存储介质、测控系统。


背景技术：

2.在离子阱量子计算平台的离子态操控中，包含时序正弦波产生、时序脉冲信号产生、荧光计数统计等处理操作，随着量子操控规模的增大，对以上功能的需求实现数量增加，普通电子学单板卡设备无法提供足够的支撑，使得操控不方便，并且同步性低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种离子态信息采集方法，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
4.本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
5.本发明的第三个目的在于提出一种离子态信息采集装置。
6.本发明的第四个目的在于提出一种测控系统。
7.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种离子态信息采集方法，所述方法应用于量子计算机的测控系统，所述测控系统包括主控板和多个功能板卡，所述主控板与上位机连接，所述方法包括：接收所述上位机发送的序列信息和控制参数信息，并将所述序列信息和控制参数信息存储在所述主控板的数据缓存模块中；将所述序列信息和控制参数信息发送给相应的功能板卡；各个功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存并等待触发；向所述多个功能板卡发送触发信息，以使所述功能板卡根据所述序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集所述待测控离子阱中的离子态信息；接收所述离子态信息并转发至所述上位机进行分析处理。
8.根据本发明实施例中离子态信息采集方法，首先获取与主控板连接的上位机所发送的序列信息和控制参数信息，再将序列信息和控制参数信息存储在主控板的数据缓存模块中，将主控板所缓存的序列信息和控制参数信息发送给相应的功能板卡，各个功能板卡将其所接收到的序列信息和控制参数信息进行存储，并在功能板卡接收到触发信息的时候，则可以根据该序列信息和控制参数信息生成控制信号，然后根据该控制信号对待测离子阱进行控制，以及采集待测离子阱中的离子态信息，最后主控板可以接收该离子态信息并将其转发给上位机进行分析和处理。由此，本实施例中离子态信息采集方法能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
9.在本发明的一些实施例中，在接收所述上位机发送的序列信息和控制参数信息之前，所述方法还包括：接收所述上位机发送的搜索指令；将所述搜索指令转发至所述功能板卡，并接收所述功能板卡响应所述搜索指令后发送的反馈信息；将所述反馈信息发送至所述上位机，以使所述上位机根据所述反馈信息建立所述功能板卡的硬件信息列表。
10.在本发明的一些实施例中，所述功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存，包括：所述功能板卡根据所述硬件信息将所述序列信息和控制参数信息进行缓存。
11.在本发明的一些实施例中，所述功能板卡包括时钟/触发分发板、波形产生板、脉冲产生板和counter(计数器)采集板。
12.在本发明的一些实施例中，向所述多个功能板卡发送触发信息，以使所述功能板卡根据所述序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集所述待测控离子阱中的离子态信息，包括：向时钟/触发分发板发送触发信息，以使所述时钟/触发信号统一将所述触发信息发送给所述波形产生板、所述脉冲产生板和所述counter采集板；在所述波形产生板和所述脉冲产生板被触发时，所述波形产生板根据所述序列信息和控制参数信息生成波形信号并对所述待测控离子阱进行控制，所述脉冲产生板根据所述序列信息和控制参数信息生成脉冲信号并对所述待测控离子阱进行控制；在所述counter采集板被触发时，所述counter采集板采集所述待测控离子阱中的离子态信息。
13.在本发明的一些实施例中，所述主控板包括pl(progarmmable logic，可编程逻辑)端和ps(processing system，处理系统)端，接收所述离子态信息并转发至所述上位机进行分析处理，包括：所述pl端在接收到所述离子态信息后，将所述离子态信息存储在所述数据缓存模块中并进行中断处理；所述ps端在确定所述pl端处于中断状态时，从所述数据缓存模块中获取所述离子态信息，并将所述离子态信息发送给所述上位机进行分析处理。
14.在本发明的一些实施例中，所述序列信息包括基础波形序列和/或scan参数序列；所述基础波形序列中包括用于表示是否需要进行参数替换的标识，所述scan序列中包括用于表示循环次数的循环编号。
15.在本发明的一些实施例中，所述基础波形序列和所述scan参数序列分别独立存储在不同的存储器中。
16.在本发明的一些实施例中，所述功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存，还包括：所述功能板卡根据所述scan参数序列和所述基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，并将所述重构序列存储在所述功能板卡的序列重构fifo(first input first output，先进先出)中。
17.在本发明的一些实施例中，所述功能板卡根据所述scan参数序列和所述基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，进一步包括：根据所述基础波形序列中的标识确定重构序列的播放类型；其中，所述播放类型包括无参数扫描实验和有参数扫描实验，所述有参数扫描实验包括无参数替换实验和有参数替换实验；根据播放类型确定基础波形序列的排列方式；在根据所述标识确定所述波形触发参数替换时，根据所述scan序列的循环编号对与基础波形地址相对应的基础波形进行替换，以确定所述重构序列。
18.在本发明的一些实施例中，在所述功能板卡接收到所述触发信息时，所述功能板卡中的主状态机从所述序列重构fifo中读出所述重构序列，再通过所述功能板卡中的转换模块生成控制信号。
19.为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有离子态信息采集程序，所述离子态信息采集程序被处理器执行时实现根据上述实施例所述的离子态信息采集方法。
20.本发明实施例中计算机可读存储介质通过处理器执行存储在其上的离子态信息
采集程序，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
21.为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种离子态信息采集装置，所述装置应用于量子计算机的测控系统，所述测控系统包括主控板和多个功能板卡，所述主控板与上位机连接，所述装置包括：接收模块，用于接收所述上位机发送的序列信息和控制参数信息，并将所述序列信息和控制参数信息存储在所述主控板的数据缓存模块中；发送模块，用于将所述序列信息和控制参数信息发送给相应的所述功能板卡，以使各个功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存并等待触发；控制模块，用于向所述多个功能板卡发送触发信息，以使所述功能板卡根据所述序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集所述待测控离子阱中的离子态信息；所述接收模块，还用于接收所述离子态信息并转发至所述上位机进行分析处理。
22.根据本发明实施例中离子态信息采集装置，首先通过接收模块接收与主控板连接的上位机所发送的序列信息和控制参数信息，并将得到的序列信息和控制参数信息存储在主控板的数据缓存模块中，还通过发送模块将主控板所缓存的序列信息和控制参数信息发送给相应的功能板卡，使得各个功能板卡能够将其所接收到的序列信息和控制参数信息进行存储，并在功能板卡接收到触发信息的时候，则可以根据该序列信息和控制参数信息生成控制信号，然后控制模块可以根据该控制信号对待测离子阱进行控制，以及采集待测离子阱中的离子态信息，最后通过接收模块接收该离子态信息并将其转发给上位机进行分析和处理。由此，本实施例中离子态信息采集装置能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
23.为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种测试系统，该测试系统包括上述实施例中离子态信息采集装置。
24.本实施例中的测试系统通过上述实施例中离子态信息采集装置，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
25.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
26.图1是根据本发明一个实施例中测控系统的结构示意图；
27.图2是根据本发明一个实施例中离子态信息采集方法流程图；
28.图3是根据本发明另一个实施例中离子态信息采集方法流程图；
29.图4是根据本发明另一个实施例中离子态信息采集方法流程图；
30.图5是根据本发明一个实施例中无参数扫描实验中序列的播放架构示意图；
31.图6是根据本发明一个实施例中有参数扫描实验中序列的播放架构示意图；
32.图7是根据本发明一个实施例中基础波形存储器和scan参数存储器的结构示意图；
33.图8是根据本发明一个实施例中有参数替换实验中序列的播放架构示意图；
34.图9是根据本发明另一个实施例中有参数替换实验中序列的播放架构示意图；
35.图10是根据本发明一个实施例中波形产生板的结构示意图；
36.图11是根据本发明一个实施例的波形产生板中fpga的结构示意图；
37.图12是根据本发明另一个实施例中波形产生板的结构示意图；
38.图13是根据本发明另一个实施例中数字域5频率分量合成原理的示意图；
39.图14是根据本发明实施例中离子态信息采集装置的结构框图；
40.图15是根据本发明另一个实施例中测控系统的结构框图。
具体实施方式
41.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
42.下面参考附图描述本发明实施例的离子态信息采集方法与装置、存储介质、测控系统。
43.参见图1，本发明实施例中量子计算机的测控系统包括主控板10和多个功能板卡，其中，主控板10与上位机200连接，本实施例中的测控系统可以由图1中的pxie(peripheral component interconnection extensions for instrumentation express，面向仪器系统的外围组件互连扩展)机箱表示，并且功能板卡可以包括有时钟/触发分发板21、波形产生板22、脉冲产生板23和counter采集板24，主控板10包括有电源转换模块11、通信模块12、参数存储模块16、数据缓存模块17、时间管理模块18和zynq(zynq-7000 all programmable soc，全可编程芯片)，该zynq包括有高速串行接口13、同步模块14、触发模块15、pl端和ps端。
44.图2是根据本发明一个实施例中离子态信息采集方法流程图。
45.如图2所示，本发明提出了一种离子态信息采集方法，该方法包括以下步骤：
46.s201，接收上位机发送的序列信息和控制参数信息，并将序列信息和控制参数信息存储在主控板的数据缓存模块中。
47.具体地，上位机200可以通过通信模块12与主控板10连接，然后在上位机200上完成对序列信息和控制参数信息的编辑并下载，具体可以由上位机200将序列信息和控制参数信息转化为通信协议信息，再将该通信协议信息发送给测控系统，测控系统中的主控板10可以通过通信模块12接收上位机200发送的通信协议信息。在接收到通信协议信息之后，主控板10对该通信协议信息进行解析，然后将解析得到的序列信息和控制参数信息存储在主控板的数据缓存模块17中。需要说明的是，本实施例中的控制参数信息可以是测控系统的控制动作信息，例如波形下载、播放等动作以及相应动作的时间等信息，以及可以包括波形的循环次数等指令。
48.s202，将序列信息和控制参数信息发送给相应的功能板卡。
49.具体地，在完成对序列信息和控制参数信息的存储之后，主控板10可以等待上位机200发送控制信息，主控板10在接收到上位机200发送的控制信息之后，则将按照控制信息内容从数据缓存模块17中取出序列信息和控制参数信息，然后将其发送给相应的功能板卡，具体可以通过广播的方式通过主控板10背板中的serdes(serializer(串行器)/deserializer(解串器))接口转发给各个功能板卡。当然，控制信息直接存储在控制参数信息中，然后主控板10可以直接从数据缓存模块17中取出序列信息和控制参数信息，并将其发送给相应的功能板卡。
50.s203，各个功能板卡将序列信息和控制参数信息进行缓存并等待触发。
51.s204，向多个功能板卡发送触发信息，以使功能板卡根据序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集待测控离子阱中的离子态信息。
52.具体地，功能板卡在接收到序列信息和控制参数信息之后，则可以将其存储在各自的存储模块上，然后等待触发信息，主控板10可以向多个功能板卡发送触发信息，功能板卡在接收到触发信息之后，则可以根据序列信息和控制参数生成控制信号，然后再将该控制信号对待测控离子阱进行控制，并且该功能板卡中还具有采集待测控离子阱反馈的离子态信息。可以理解的是，功能板卡中的波形产生板22和脉冲产生板23能够根据控制信号对离子阱进行控制，而counter采集板24则可以采集离子阱反馈的离子态信息。更具体地，counter采集板24可以通过pmt(photomultipliers，光电倍增管)荧光脉冲计数，并把荧光计数坐标数据结果再通过counter采集板24背板的serdes接口发送给主控板10。
53.s205，接收离子态信息并转发至上位机进行分析处理。
54.具体地，counter采集板24在采集到离子态信息之后，则可以发送给主控板10，主控板10在接收到离子态信息之后通过通信模块12转发给上位机200，上位机200可以对该离子态信息进行分析拟合处理等操作。
55.需要说明的是，上述实施例中，功能板卡与主控板10之间通过总线进行通信连接，并且主控板10还可以通过同步模块14、触发模块15、时钟管理模块18等模块接收外部发送的信息，具体信息可以根据实际需要进行设置，在此不进行限定。
56.在本发明的一些实施例中，如图3所示，在接收上位机发送的序列信息和控制参数信息之前，方法还包括：
57.s301，接收上位机发送的搜索指令。
58.s302，将搜索指令转发至功能板卡，并接收功能板卡响应搜索指令后发送的反馈信息。
59.s303，将反馈信息发送至上位机，以使上位机根据反馈信息建立功能板卡的硬件信息列表。
60.具体地，在接收上位机200发送序列信息和控制参数信息之前，上位机200还需要进行初始化处理，更具体地，主控板10可以接收上位机200发送的搜索指令，即上位机200发起设备信息进行广播式搜索，因为在pxie机箱中并不是所有插槽都连接了功能板卡，所以需要对各个功能板卡和对应的槽位建立连接。主控板10在接收到上位机200发送的搜索指令之后，则可以将该搜索指令转发给各个功能板卡，各个功能板卡在接收到搜索指令之后，则将自身的槽位号、功能类别、通道数量等信息进行反馈，并且上位机200在接收到功能板卡的反馈信息之后，则可以建立pxie机箱内布局和可操控板卡/通道的列表，即建立功能板卡的硬件信息列表，从而完成初始化流程。
61.在一些实施例中，主控板10接收上位机200发送的通信协议信息中包括有硬件信息列表中的硬件信息，并且，功能板卡将序列信息和控制参数信息进行缓存，包括：功能板卡根据硬件信息将序列信息和控制参数信息进行缓存。
62.具体地，如果上位机将序列信息和控制参数信息转换为通信协议信息进行发送的话，则该通信协议信息包括与上述实施例所描述的硬件信息列表中的硬件信息。主控板10向功能板卡发送序列信息和控制参数信息之后，功能板卡可以根据之前所接收到的通信协
议信息所包括的硬件信息中解析出目标端为自身槽位的相应的序列信息和控制参数信息，然后将该序列信息和控制参数信息缓存在相应的存储模块中以等待触发。也就是说，功能板卡并不需要存储所有的序列信息和控制参数信息，则只需要存储与其槽位相对应的信息即可，大大节省了数据存储空间。
63.在本发明的一些实施例中，如图4所示，向多个功能板卡发送触发信息，以使功能板卡根据序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集待测控离子阱中的离子态信息，包括：
64.s401，向时钟/触发分发板发送触发信息，以使时钟/触发信号统一将触发信息发送给波形产生板、脉冲产生板和counter采集板。
65.s402，在波形产生板和脉冲产生板被触发时，波形产生板根据序列信息和控制参数信息生成波形信号并对待测控离子阱进行控制，脉冲产生板根据序列信息和控制参数信息生成脉冲信号并对待测控离子阱进行控制。
66.s403，在counter采集板被触发时，counter采集板采集待测控离子阱中的离子态信息。
67.具体地，参见图1所示，主控板10在对功能板卡进行触发时，首先是将触发信息发送给时钟/触发分发板21，时钟/触发分发板21在接收到触发信息之后，则可以将该触发信息统一发送给波形产生板22、脉冲产生板23和counter采集板24，以同时对波形产生板22、脉冲产生板23和counter采集板24进行触发。其中，波形产生板22在接收到触发信息并被触发之后，则波形产生板22可以根据其所存储的序列信息和控制参数信息生成波形信号，然后将该波形信号输出到离子阱中；脉冲产生板23在接收到触发信息并被触发之后，则脉冲产生板23可以根据其所存储的序列信息和控制参数信息生成脉冲信号，然后将该脉冲信号输出到待测控离子阱中。待测控离子阱在对波形信号和脉冲信号进行响应之后，如果counter采集板也被触发了，则可以通过counter采集板采集待测控离子阱中的离子态信息，具体counter采集板可以在其内部进行pmt荧光脉冲计数，以此对离子态信息进行采集，上位机在对pmt荧光脉冲计数进行分析处理之后，则可以采集到相应的离子态信息。
68.在本发明的一些实施例中，主控板包括pl端和ps端，接收离子态信息并转发至上位机进行分析处理，包括：pl端在接收到离子态信息后，将离子态信息存储在数据缓存模块中并进行中断处理；ps端在确定pl端处于中断状态时，从数据缓存模块中获取离子态信息，并将离子态信息发送给上位机进行分析处理。
69.具体地，参见图1可知，主控板10中的zynq芯片包括有pl端和ps端，pl端可以直接通过总线接收counter采集板24发送的离子态信息，然后将离子态信息存储在数据缓存模块17中，并以中断的形式通知ps端进行取数。也就是说，在pl端将信息在数据缓存模块17中完成存储之后，则进行中断处理，ps端在确定pl端处于中断状态之后，则可以从数据缓存模块17中获取到pl端存储的信息，再将该信息通过通信模块12发送给上位机200，从而上位机200可以根据接收到的信息进行分析拟合处理。
70.在本发明的一些实施例中，序列信息包括基础波形序列和/或scan参数序列；所述基础波形序列中包括用于表示是否需要进行参数替换的标识，所述scan序列中包括用于表示循环次数的循环编号。
71.具体地，本实施例中的序列信息可以包括有基础波形序列和/或scan参数序列，通
过基础波形序列和/或scan参数序列进行调整重构，能够实现任何波形类型的播放。基础波形序列中包括有用于表示是否需要进行参数替换的标识，就是说通过该表示能够确定基础波形中是否有参数需要进行替换，以重构成与当前基础波形序列具有区别的另一种波形序列。而scan序列中则包括有用于表示循环次数的循环编号，通过该编号能够确定当前波形信号需要重复的次数。
72.在该实施例中，功能板卡根据scan参数序列和基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，进一步包括：根据基础波形序列中的标识确定重构序列的播放类型，其中，播放类型包括无参数扫描实验和有参数扫描实验，有参数扫描实验包括无参数替换实验和有参数替换实验；根据播放类型确定基础波形序列的排列方式；在根据标识确定波形触发参数替换时，根据scan序列的循环编号对与基础波形地址相对应的基础波形进行替换，以确定重构序列。
73.具体地，序列的播放类型有多种，具体可以包括无参数扫描实验和有参数扫描实验，而其中有参数扫描实验又包括无参数替换实验和有参数替换实验。需要说明的是，在一个离子阱实验中，在确定序列的播放类型时只要该序列中有任意某一个波形通道存在扫描循环，则可以视为有参数扫描实验(所有通道均需要参与循环)，如果全部通道都不存在扫描循环，那么则可以视为无参数扫描实验。具体可以参见表1所示，其中，基础波形序列中的标识(图中以scan使能位表示)为1时，则表示实验类型为有参数扫描实验，scan使能位为0时，则表示实验类型为无参数扫描实验，并且在有参数扫描实验中，有scan变量替换的则为有参数替换实验，没有scan变量替换的则为无参数替换实验。
74.表1
75.实验类型是否有scan变量替换无参数扫描实验(scan＝0)无有参数扫描实验(scan＝1)部分通道有，部分通道无
76.更具体地，以每个板卡具有两个通道作为例子，如图5所示，在无参数扫描实验中序列的播放架构中，scan＝0则表示无参数扫描实验，通道1基础波形序列为1～x1，通道2基础波形序列为1～x2，在无参数扫描实验中，两通道均无参数替换。因此实验开始后，通道1、2播放自身1～x的基础波形序列，同时以实验循环y为循环次数，在完成(1～x)
×
y的播放后，完成一次无参数扫描实验。
77.如图6所示，在有参数扫描实验中序列的播放架构中，scan＝1则表示有参数扫描实验，即scan循环实验，scan循环次数为n，通道1中有参数替换，播放序列为scan序列1～n，通道2无参数替换，播放序列为基础波形(1～x)
×
n。因此实验开始后，通道1播放scan序列1～n，同时以实验循环y为循环次数，在完成(scan序列1～n)
×
y的播放后，完成一次scan循环实验；通道2播放基础波形(1～x)
×
n，同时以实验循环y为循环次数，在完成基础波形(1～x)
×n×
y的播放后，完成一次scan循环实验。
78.如图7所示，基础波形序列和scan参数序列分别独立存储在不同的存储器中。
79.具体地，基础波形序列存储在基础波形存储器中，scan参数存储在scan参数存储器中，基础波形序列和scan参数独立存储，不再进行相关离子阱多通道时序产生板卡的所采用的平铺扩展的存储方式。其中，基础波形序列存储从1～x，scan参数存储从1～n，同时每个scan参数内部定义了scan循环编号，该编号指定当前scan参数处于第几次scan循环
中。在一个示例中，如图8所示，基础波形1～x中，只有1组基础波形需要替换为scan参数，那么scan参数存储器中的scan循环编号方式为1，2，3，4，
……
，m(地址数n＝m)。在另一个示例中，如图9所示，基础波形1～x中，有2组基础波形需要替换为scan参数，那么scan参数存储器中的scan循环编号方式为1，1，2，2，3，3，4，4，
……
，m，m(地址数n＝m
×
2)。
80.在本发明的一些实施例中，功能板卡将序列信息和控制参数信息进行缓存，还包括：功能板卡根据scan参数序列和基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，并将重构序列存储在功能板卡的序列重构fifo中。
81.以功能板卡为波形产生板进行举例说明，参照图10，波形产生板中包括有电源转换模块、fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)芯片、数据存储模块和dac(digital to analog converter，数模转换)芯片和增益滤波模块，fpga芯片包括有高速串行接口和波形产生模块。serdes将主控板分发的波形序列参数传输到波形产生板之后，波形产生板根据指令中的槽位号识别自身槽位对应的通信协议内容，再将波形参数解析并下载到基础波形存储器和scan参数存储器中。根据上位机的播放控制指令，将基础波形存储器和scan参数存储器中缓存的波形序列参数读出，在波形产生模块中产生相应参数的正弦波序列，然后通过dac芯片和增益滤波模块处理后将波形信号输出。
82.具体地，参见图11，serdes接口转发主控板的协议指令参数(协议指令参数中包含了需要解析的板卡的槽位号和通道号)，板卡根据槽位号和通道号进行识别，并将对应通道的基础波形参数和scan参数进行解析(解析出上位机用户编写的波形播放参数内容)，同时将基础波形写入bram(block random access memory块随机存取存储器)中，将scan参数写入ddr(double data rate，双倍数据速率)中。在下载完成后，scan序列重构逻辑模块按地址读出基础波形bram中的基础波形数据，写入序列重构fifo中，同时判定每一个基础波形序列中的标识，即基础波形参数的scan使能位，若scan使能位为0，则正常写入该基础波形参数，若scan使能位为1，则读出一组scan预读取fifo中的scan数据，将该scan数据替代当前的基础波形数据写入序列重构fifo。当基础波形bram中的全部波形参数写入完成后，查询全局scan循环次数，若循环次数未结束，则从基础波形bram的起始处开始重复新的写入；在新的scan循环写入前，应当在序列重构fifo中额外插入一组特殊字符(特殊字符由fpga端定义，不需要软件参与，由固件自身插入。目的是为了区分循环的概念)，作为相位清零的标志，同时也是scan序列循环区分的标志。当写入完成全部scan循环次数的重构序列后，查询全局实验循环次数，若实验循环次数未结束，则开始新的scan循环写入，重复以上步骤。
83.在该实施例中，在功能板卡接收到触发信息时，功能板卡中的主状态机从序列重构fifo中读出重构序列，再通过功能板卡中的转换模块生成控制信号。
84.具体地，在通过上述实施例将基础波形参数和scan参数写入序列重构fifo之后，则主状态机可以根据软件播放触发和市电同步触发信号，进行序列重构fifo的参数读出和dds-ip核实现。另外，可以设计各脉宽的波形序列播放切换时间，以补偿信号传输过程中的时间，使得整体序列各段波形脉宽准确。
85.在另一些实施例中，波形产生板22还可以包括多频板，多频板采用逻辑波形产生，在fpga数字域合成多路频率分量，并在dac芯片的单通道输出，因此单片四通道dac可完成4ch
×
5freq(四通道
×
五频率分量)的寻址波形需求，多频波形产生架构具体如图12所示。
86.另外，数字域合成频率分量的数目越多，每路频率分量幅度衰减量越大，当单通道
合成5路时，每路幅度衰减8倍，数字域5频率分量合成原理具体如图13所示。在fpga内部首先对频率1至频率4两两合成累加，频率5分量参与最后一级合成，因此一共流水合成3级，数字位宽由初始16位[15:0]扩展到19位[18:0]，最终数字域截取高16位[18:3]输出。对于各频率分量而言，幅度将衰减2的3次方，即8倍衰减。
[0087]
fpga通过serdes接收并解析主控板4ch
×
5freq波形编辑序列，将波形参数写入bram和ddr存储空间中。同时等待播放触发，触发有效时，所有通道同步按波形参数产生共20路的单频时序波形(2路并行dds-ip提高采样率，共40路单核dds-ip)，同时进行五五合成，进行流水截位后组帧为4路多频波形分别写入dac芯片4通道，dac芯片产生波形经过增益放大和低通滤波后输出。多频波形的解析与单频波形解析类似，但每通道存在5频率分量，等效于5倍通道量的序列解析资源。
[0088]
综上，本发明实施例中离子态信息采集方法，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性，并且可在一体化机箱(pxie机箱)内实现多元化离子态操控方式，贴合离子阱量子计算平台的应用，兼容性广，扩展性强。
[0089]
进一步地，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有离子态信息采集程序，离子态信息采集程序被处理器执行时实现根据上述实施例的离子态信息采集方法。
[0090]
本发明实施例中计算机可读存储介质通过处理器执行存储在其上的离子态信息采集程序，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
[0091]
图14是根据本发明实施例中离子态信息采集装置的结构框图。
[0092]
进一步地，离子态信息采集装置300应用于量子计算机的测控系统，测控系统包括主控板和功能板卡，主控板与上位机连接，如图14所示，离子态信息采集装置300包括：接收模块301、控制模块302和发送模块303。
[0093]
其中，接收模块301用于接收上位机发送的序列信息和控制参数信息，并将序列信息和控制参数信息存储在主控板的数据缓存模块中；发送模块303用于将序列信息和控制参数信息发送给相应的功能板卡，以使各个功能板卡将序列信息和控制参数信息进行缓存并等待触发；控制模块302用于向多个功能板卡发送触发信息，以使功能板卡根据序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集待测控离子阱中的离子态信息；接收模块301还用于接收离子态信息并转发至上位机进行分析处理。
[0094]
在本发明的一些实施例中，离子态信息采集装置300还包括初始化模块，该初始化模块用于在接收上位机发送的序列信息和控制参数信息之前，接收上位机发送的搜索指令；将搜索指令转发至功能板卡，并接收功能板卡响应搜索指令后发送的反馈信息；将反馈信息发送至上位机，以使上位机根据反馈信息建立功能板卡的硬件信息列表。
[0095]
在本发明的一些实施例中，功能板卡将序列信息和控制参数信息进行缓存，包括：功能板卡根据硬件信息将序列信息和控制参数信息进行缓存。
[0096]
在本发明的一些实施例中，功能板卡包括时钟/触发分发板、波形产生板、脉冲产生板和counter采集板。
[0097]
在本发明的一些实施例中，控制模块302具体用于向时钟/触发分发板发送触发信息，以使时钟/触发信号统一将触发信息发送给波形产生板、脉冲产生板和counter采集板；在波形产生板和脉冲产生板被触发时，波形产生板根据序列信息和控制参数信息生成波形信号并对待测控离子阱进行控制，脉冲产生板根据序列信息和控制参数信息生成脉冲信号
并对待测控离子阱进行控制；在counter采集板被触发时，counter采集板采集待测控离子阱中的离子态信息。
[0098]
在本发明的一些实施例中，主控板包括pl端和ps端，接收模块301具体用于pl端在接收到离子态信息后，将离子态信息存储在数据缓存模块中并进行中断处理；ps端在确定pl端处于中断状态时，从数据缓存模块中获取离子态信息，并将离子态信息发送给上位机进行分析处理。
[0099]
在本发明的一些实施例中，序列信息包括基础波形序列和/或scan参数序列；基础波形序列中包括用于表示是否需要进行参数替换的标识，scan序列中包括用于表示循环次数的循环编号。
[0100]
在本发明的一些实施例中，基础波形序列和scan参数序列分别独立存储在不同的存储器中。
[0101]
在本发明的一些实施例中，功能板卡将序列信息和控制参数信息进行缓存，还包括：功能板卡根据scan参数序列和基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，并将重构序列存储在功能板卡的序列重构fifo中。
[0102]
在本发明的一些实施例中，功能板卡根据scan参数序列和基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，进一步包括：根据基础波形序列中的标识确定重构序列的播放类型；其中，播放类型包括无参数扫描实验和有参数扫描实验，有参数扫描实验包括无参数替换实验和有参数替换实验；根据播放类型确定基础波形序列的排列方式；在根据标识确定波形触发参数替换时，根据scan序列的循环编号对与基础波形地址相对应的基础波形进行替换，以确定重构序列。
[0103]
在本发明的一些实施例中，在功能板卡接收到触发信息时，功能板卡中的主状态机从序列重构fifo中读出重构序列，再通过功能板卡中的转换模块生成控制信号。
[0104]
需要说明的是，本实施例中离子态信息采集装置的具体实施方式，可以参见上述实施例中离子态信息采集方法的具体实施方式，为避免冗余，在此不再赘述。
[0105]
综上，本发明实施例中离子态信息采集装置，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性，并且可在一体化机箱(pxie机箱)内实现多元化离子态操控方式，贴合离子阱量子计算平台的应用，兼容性广，扩展性强。
[0106]
图15是根据本发明另一个实施例中测控系统的结构框图。
[0107]
进一步地，如图15所示，本发明提出了另一种测控系统400，该测控系统400包括上述实施例中离子态信息采集装置300。
[0108]
本实施例中的测试系统通过上述实施例中离子态信息采集装置，能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。
[0109]
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或
多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0110]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0111]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0112]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0113]
此外，本发明实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本发明实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本发明的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。
[0114]
在本发明中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0115]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0116]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种离子态信息采集方法，其特征在于，所述方法应用于量子计算机的测控系统，所述测控系统包括主控板和多个功能板卡，所述主控板与上位机连接，所述方法包括：接收所述上位机发送的序列信息和控制参数信息，并将所述序列信息和控制参数信息存储在所述主控板的数据缓存模块中；将所述序列信息和控制参数信息发送给相应的功能板卡；各个功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存并等待触发；向所述多个功能板卡发送触发信息，以使所述功能板卡根据所述序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集所述待测控离子阱中的离子态信息；接收所述离子态信息并转发至所述上位机进行分析处理。2.根据权利要求1所述的离子态信息采集方法，其特征在于，在接收所述上位机发送的序列信息和控制参数信息之前，所述方法还包括：接收所述上位机发送的搜索指令；将所述搜索指令转发至所述功能板卡，并接收所述功能板卡响应所述搜索指令后发送的反馈信息；将所述反馈信息发送至所述上位机，以使所述上位机根据所述反馈信息建立所述功能板卡的硬件信息列表。3.根据权利要求2所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存，包括：所述功能板卡根据所述硬件信息将所述序列信息和控制参数信息进行缓存。4.根据权利要求1所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述功能板卡包括时钟/触发分发板、波形产生板、脉冲产生板和counter采集板。5.根据权利要求4所述的离子态信息采集方法，其特征在于，向所述多个功能板卡发送触发信息，以使所述功能板卡根据所述序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集所述待测控离子阱中的离子态信息，包括：向时钟/触发分发板发送触发信息，以使所述时钟/触发信号统一将所述触发信息发送给所述波形产生板、所述脉冲产生板和所述counter采集板；在所述波形产生板和所述脉冲产生板被触发时，所述波形产生板根据所述序列信息和控制参数信息生成波形信号并对所述待测控离子阱进行控制，所述脉冲产生板根据所述序列信息和控制参数信息生成脉冲信号并对所述待测控离子阱进行控制；在所述counter采集板被触发时，所述counter采集板采集所述待测控离子阱中的离子态信息。6.根据权利要求1所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述主控板包括pl端和ps端，接收所述离子态信息并转发至所述上位机进行分析处理，包括：所述pl端在接收到所述离子态信息后，将所述离子态信息存储在所述数据缓存模块中并进行中断处理；所述ps端在确定所述pl端处于中断状态时，从所述数据缓存模块中获取所述离子态信息，并将所述离子态信息发送给所述上位机进行分析处理。7.根据权利要求1-6中任一项所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述序列信息
包括基础波形序列和/或scan参数序列；所述基础波形序列中包括用于表示是否需要进行参数替换的标识，所述scan序列中包括用于表示循环次数的循环编号。8.根据权利要求7所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述基础波形序列和所述scan参数序列分别独立存储在不同的存储器中。9.根据权利要求8所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存，还包括：所述功能板卡根据所述scan参数序列和所述基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，并将所述重构序列存储在所述功能板卡的序列重构fifo中。10.根据权利要求9所述的离子态信息采集方法，其特征在于，所述功能板卡根据所述scan参数序列和所述基础波形序列中的标识重构以得到重构序列，进一步包括：根据所述基础波形序列中的标识确定重构序列的播放类型；其中，所述播放类型包括无参数扫描实验和有参数扫描实验，所述有参数扫描实验包括无参数替换实验和有参数替换实验；根据播放类型确定基础波形序列的排列方式；在根据所述标识确定所述波形触发参数替换时，根据所述scan序列的循环编号对与基础波形地址相对应的基础波形进行替换，以确定所述重构序列。11.根据权利要求10所述的离子态信息采集方法，其特征在于，在所述功能板卡接收到所述触发信息时，所述功能板卡中的主状态机从所述序列重构fifo中读出所述重构序列，再通过所述功能板卡中的转换模块生成控制信号。12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有离子态信息采集程序，所述离子态信息采集程序被处理器执行时实现根据权利要求1-11中任一项所述的离子态信息采集方法。13.一种离子态信息采集装置，其特征在于，所述装置应用于量子计算机的测控系统，所述测控系统包括主控板和多个功能板卡，所述主控板与上位机连接，所述装置包括：接收模块，用于接收所述上位机发送的序列信息和控制参数信息，并将所述序列信息和控制参数信息存储在所述主控板的数据缓存模块中；发送模块，用于将所述序列信息和控制参数信息发送给相应的所述功能板卡，以使各个功能板卡将所述序列信息和控制参数信息进行缓存并等待触发；控制模块，用于向所述多个功能板卡发送触发信息，以使所述功能板卡根据所述序列信息和控制参数信息生成控制信号对待测控离子阱进行控制，以及采集所述待测控离子阱中的离子态信息；所述接收模块，还用于接收所述离子态信息并转发至所述上位机进行分析处理。14.一种测控系统，其特征在于，包括上述权利要求13所述的离子态信息采集装置。

技术总结
本发明公开了一种离子态信息采集方法与装置、存储介质、测控系统，其中，离子态信息采集方法首先获取与其主控板连接的上位机所发送的序列信息和控制参数信息，再将该信息存储在主控板的数据缓存模块中，之后将主控板所缓存的信息发送给相应的功能板卡，各个功能板卡将其所接收到的信息进行存储，并在功能板卡接收到触发信息的时候，则可以根据该信息生成控制信号，然后对待测离子阱进行控制并采集待测离子阱中的离子态信息。由此，本实施例中离子态信息采集方法能够提高测控系统操控离子阱的同步性和方便性。的同步性和方便性。的同步性和方便性。


技术研发人员：魏云清 汪成 吴亚 贺羽
受保护的技术使用者：国仪量子（合肥）技术有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/11