Gerador de formas de onda arbitrárias utilizando a técnica de síntese digital direta para aplicação em computação quântica

Abstract

A computação quântica exige sistemas eletrônicos de controle de alta precisão para a manipulação de qubits, nos quais os geradores de formas de onda arbitrárias (AWGs) desempenham um papel fundamental. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação digital de um gerador de formas de onda arbitrárias baseado na técnica de síntese digital direta (DDS), com capacidade de gerar ondas senoidais com controle independente de fase e amplitude. A arquitetura do AWG foi desenvolvida por meio da linguagem de descrição de hardware Verilog, utilizando o software Quartus II. A arquitetura foi validada por simulação funcional no ModelSim e implementada em um FPGA Cyclone IV EP4CE22F17C6 com clock de 50 MHz. Para a validação experimental, utilizou-se um setup composto pelo kit DE0-Nano integrado a um conversor digital-analógico R-2R montado em protoboard e ao dispositivo Analog Discovery 2 para análise em tempo real e controle de parâmetros. Os resultados evidenciam que a implementação digital do AWG foi capaz de gerar ondas senoidais com frequência de 1 MHz com resolução de 14 bits e controle preciso dos parâmetros de fase e amplitude. A técnica de dithering fase foi validada experimentalmente, mostrando-se eficaz na mitigação de espúrios, embora a pureza espectral tenha sido limitada pela não linearidade do DAC R-2R e pela ausência de filtragem de reconstrução.