背景：
シュトゥットガルト大学は、ダイヤモンド内の単一原子が窒素原子に置き換えられる実験のために、Spectrum製任意波形発生器 (D/Aボード) を選択しました。この方法は、原子レベルの磁場検出器や量子コンピュータのQubit（量子ビット）などのアプリケーションの基礎となります。
単一原子の除去：
シュトゥットガルト大学の物理学部は、炭素原子を除去しそれを窒素原子で置換してNVペアを形成することによる、ダイヤモンドの窒素-空孔（NV）センターに焦点を当てた単一の固体欠陥の研究をしています。NV欠陥中心は原子サイズの磁場センサーとして使用できます。これはNVのスピンと強度と周波数の両方を検出する小さな局所磁場との相互作用を検出できるため、事実上ナノスケールの核磁気共鳴（NMR）デバイスです。たとえば、ハードディスクドライブ上の小さな読み取り/書き込みヘッドの磁場強度を測定して、それらを特徴付けることができます。ナノスケールのNMR機能は、通常のサイズのNMRとは異なり、これらの小さなサンプルを測定するのに数回のスピンしか必要としないため、単一のタンパク質または薄膜の構造解析にも使用できます。
NVは、2つのスピン状態とそれらの間の重ね合わせを使用することにより、量子コンピューティングの関数を処理するためのQubitとしても使用できます。これは、非常に低い温度と圧力を必要とする類似の選択肢とは異なり、室温で安定したスピン状態を持つため、特に興味深いものです。いくつかのNVは、通常、ダイヤモンド格子内に窒素原子を注入するために使用されるエネルギーに応じた深さで、ダイヤモンド内に5nmで作成されます。目的は、それらを一度に1つずつ埋め込み、量子コンピューティング用のアレイを作成できるようにすることです。
任意波形ジェネレータの選択：
Spectrum社のモジュール設計思想により、同社はマザーボードにドーターボードを搭載して追加の接続を提供することで、標準の4チャネルにさらに6チャネルのデジタルマーカーチャネルを追加することができました。使用されるAWG (D/Aボード) のモデルはDN2.663-04 generatorNETBOXです。これは、イーサネットを介して制御PCに接続するスタンドアロンユニットです。
NVセンターは、一連の光励起パルスとマイクロ波および無線周波数パルスで操作されます。これには、非常に短いパルスの非常に正確なシーケンスを作成する必要があります。Spectrum社のAWG (D/Aボード) が、要求される10個の出力チャネル（4つのアナログチャネルと6つのデジタルチャネル）を提供できるため、Spectrum社の最新世代の任意波形発生器（AWG）(D/Aボード) の1つが選択され導入されました。
AWG (D/Aボード) は、レーザー、IQ変調を使用したマイクロ波信号、無線周波数パルスの生成、およびスピン状態を決定するためのデータ収集デバイスのトリガーを制御します。「多数の出力チャンネルのおかげで、実験全体を効果的に実行できます。」と、実験物理学者のThomas Oeckinghaus博士は説明しました。「Spectrum社の AWG (D/Aボード) を選択する際のキーファクターは、10～20nsの非常に短いパルスを実験で必要とするため、その速度でした。1.25GHzで、非常に高い時間分解能でこれを制御できます。」
新しい機器：
新しい機器、特に高レベルの柔軟性を提供する機器を使用することは常にチャレンジが伴いますが、ドキュメントが非常に優れておりセットアップが簡単であることがわかりました。発生した問題は1つだけで、Spectrum社は次の日にドライバを修正し提供してくれました。「新しい機器を選択する際に、チェックリストで販売後のサポートを無視されることがよくあります」と彼は結論づけました。
「翌日に修正することに本当に感銘を受けました。これにより、問題が発生した場合、Spectrum社がすばやく問題を解決できると確信できます。」
Spectrum社AWG (D/Aボード) の各チャネルには16ビットのD/Aコンバータ（DAC）があり、DCから400 MHzの周波数成分を持つ正確で柔軟な波形を生成して実際の信号をエミュレートできます。長く複雑な波形の生成を可能にするために、AWG (D/Aボード) にはシングルショット、ループ、FIFO、ゲーティング、シーケンスリプレイなどの多数の動作モードがあります。FIFOモードでは、計測器はPXIeインターフェースを介してPCメモリからAWG (D/Aボード) の4GBのメモリに連続的にデータをストリーミングできます。AWGは、新しい波形データがオンボードメモリに送信されている間に信号を出力することもできます。
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原文ドキュメント：Spectrum Instrumentation社
cs_awg_atomicexperiments.pdf
Atomic physics experiments at Stuttgart University
関連製品
DN2.662-08：625MHz D/A搭載 多チャンネル LAN接続D/Aボックス (ボックス)
Spectrum Instrumentation社について
Spectrum社は、Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbHとして1989年に設立され、2017年にSpectrum Instrumentation GmbHに改名されました。最も一般的な業界標準（PCIe、LXI、PXIe）で500を超えるデジタイザおよびジェネレータ製品を作成するモジュール設計のパイオニアです。これら高性能のPCベースのテスト&メジャーメントデザインは、電子信号の取得・生成および解析に使用されます。同社はドイツのGrosshansdorfに本社を置き、幅広い販売ネットワークを通じて世界中に製品を販売し、設計エンジニアによる優れたサポートを提供しています。 Spectrum社の詳細については、www.spectrum-instrumentation.comを参照してください。