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Jason Siang ZHANG edited this page Oct 16, 2017 · 5 revisions

说明：当我写下心愿后发现成了一个个小项目。但这个页面其实真的是个心愿单，大家可以随意加上自己的心愿（小目标），比如“我想学会Mathematica，1.2.3， blahblah...”，

良好的沟通合作体系

  • 团队的效率溢价来自于成员之间的沟通合作
  • 实验积累的关键在于每件事做到有个结论
  • 调研过程中的知识、链接随手记下，随时整理成为文档
  • 让自己成为某些领域的专家
  • 但一个领域的专家在接触另一个领域时就应该是“无知”的
  • 听报告时不要害怕暴露自己的“无知”，不懂就问

Markdown

  1. Wiki（不支持公式）。例如：https://github.com/iontrapnet/-/wiki/2D-AOD
  2. GitHub Pages的post功能，例如：https://github.com/iontrapnet/iontrapnet.github.io/blob/master/_posts/2017-10-14-AOD-Investigation.md ，编辑后会出现在： http://www.iontrap.net/notes/2017/10/14/AOD-Investigation/
  3. "作业部落" 。比如“魔法电路”的note：https://www.zybuluo.com/Gaiussheh/note/910265
  4. 图片（或者pdf/word/ppt）上传到：https://github.com/iontrapnet/-/ ，然后可以通过：http://www.iontrap.net/-/ 外链
  5. 印象笔记/为知笔记

多离子运动模拟

问题

实验中发现同等RF功率下多离子囚禁不如单离子稳定，RF功率较大时离子变成云团，从Mathieu方程中似乎无法看出原因。我们怀疑是高阶RF噪声引起，希望通过运动模拟的方法，加入电磁噪声、激光冷却、真空背景撞击等因素，观察多离子的行为。

势场模拟

Mathieu方程里需要知道二次势的系数，需要通过电极几何结构等因素计算得出。我们学习了有限元、边界元等电磁场模拟方法，比较分析了COMSOL、CPO等商业软件与BemSolver、3D_Potential_CHBIE_FMM等免费软件的计算结果，发现都存在一些问题（待补充详述）。于是用MATLAB和Python自己写了一套边界元势场模拟的工具集。

运动模拟

我们发现Mathematica和MATLAB的ODE求解器不太好控制模拟精度，于是采用最简单的Euler法自己写了。计算电场力的时候有两种方案，一种是采用势场解析表达式，通过势场模拟拟合计算系数，另一种是直接采用势场模拟的格点解进行插值。考虑到运动模拟是个纯串行过程，且计算时间主要花在势场插值，后期主要在用Python和Luajit实现。

FP腔稳频系统

探测成像系统

带实时处理反馈功能的时序控制系统

思路

  1. 硬啃FPGA（参考冷原子实验室已实现，据某大神说可三个月速成）
  2. 用告诉单片机（Arduino/BeagleBone）

一体化信号发生器

DDS芯片：单通道 AD9910 或者 另一个四通道的类似芯片 高速D/A芯片：例如AD9739 (14位，2.5 G采样率) 主控芯片：XILINX的ZYNQ(ARM Cortex-A9+ FPGA)或RedPitaya

其中ARM部分用来处理与上位机的通讯，以及根据收到的分段数学公式 (Sequencer里的Wave格式) 来生成更底层的DDS profile控制序列或者是D/A芯片的AWG电压值数据，最后交给FPGA来实现与DDS芯片或高速D/A芯片之间的通讯。ZYNQ由于ARM与FPGA共享了512M~2G的DDR内存，所以在ARM与FPGA之间不存在的海量数据的传输问题。而上位机与整个设备之间的通讯只是简单的Wave格式，数据量非常小，所以具有很快的响应速度。

Wave格式是一个CSV文件，其列定义如下：

Frequency (MHz), Duration (us), Amplitude, Phase (Pi), Gap (us), Formula

其中Formula可以是一个关于时间t (us) 的任意数学函数，里面可以使用f, d, a, p, g等变量，分别对应于Frequency, Duration, …, Gap等域的值。还可以通过f0, f1等引用整个CSV文件中其他行的变量，便于实现Ramsey、多种频率mixer等类型的操作。Formula域如果留空，其默认值为acos(2pift+p)，也就是一个频率为f，幅度为a，相位为p的余弦波。

Wave格式虽然简单，但具有完整的表现力，能够实现量子计算与量子模拟中出现的任意哈密顿量。在实际使用中，Formula域留空的行由DDS产生，其他无法用余弦波实现的哈密顿量则由AWG产生。

目前的实验方案里，涉及到多离子时，用用到很多台信号发生器。但在实际操作中，加载在激光上的调制信号在每一个时刻只有一个，就是是多种频率叠加的信号，最后也是mix到一起加在一个AOM上。所以实际所需信号发生器的数量只与最后操作光的AOM的数量有关。对于Global Carrier+Addressed Phase Gate的多离子方案，我们只需要两台信号发生器就足够了。这样一台设备就能够代替以前的多台DDS、AWG等昂贵进口设备。而且相比于纯DDS方案或者纯AWG方案而言，其操作速度更快，能实现的操作更多。其独有的DDS/AWG在ns时间精度内的快速切换并保持相干性，即使用商用的DDS与AWG组装在一起也无法实现。

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