FPGA-based optical tweezer control and rapid atom auto-detection system

Gegenstand dieser Ausschreibung ist die Vergabe eines Auftrags an einen Dritten für die Entwicklung einer FPGA-basierten Steuer für optische Tweezer und eines Systems zur schnellen automatischen Bilderkennung von Atomen für ein Rydberg-Atomarray. Dieses System kontrolliert 1280 dynamische Tweezer-Spots über 20 parallel angesteuerte akusto-optische Deflektoren (AODs), wobei jeder AOD 64 Spots in der Fokusebene er-zeugt. Zur dynamischen Steuerung muss jeder Kanal die Pinzettenspots neu anordnen, indem die Frequenzen entsprechend verfahren und die Phasen und Amplituden nach Bedarf anpasst werden. Für die schnelle Bilderkennung von Atomen muss das System FPGA-basierte Berechnungen verwenden. Hierfür müssen alle Bilderkennungs- und Umordnungsalgorithmen schnell auf der FPGA-Hardware ausgeführt werden. Die für die Bilderkennung einer Pixelreihe benötigte Zeit muss kürzer sein als die 2.6 ?s, die die Kamera für die Übertragung einer Reihe von Pixeldaten benötigt. Folglich ist die Bilderkennung abgeschlossen, wenn die Kamera die Belichtung beendet. So-bald die Bilderkennung abgeschlossen ist, muss es das Sytem erlauben in Echtzeit Neuanordnungen der Atome über die Steuerung der 20 unabhängigen AODs durchzuführen. Das System muss darüber hinaus skalierbar sein, und eine Aufrüstung auf mindestens 2560 RF-Töne in Zukunft ermöglichen unter Beibehaltung der simultanen Kontrolle aller RF-Töne.

The subject of this procurement is the awarding of a contract to a third party for the development of an FPGA-based optical tweezer control and rapid atom auto-detection system for a Rydberg atom array. This sys-tem supports 1280 dynamic tweezer spots with 20 parallel acousto-optical deflectors (AODs), where each AOD generates 64 spots in the focal plane. For dynamic control, each channel must rearrange the tweezer spots by appropriately sweeping the frequencies, along with adjusting the phase and amplitude as needed. For rapid atom detection, the system must utilize Field Programmable Gate Array (FPGA)-based computation. More specifically, all image recognition and rearrangement algorithms need to be executed swiftly on the FPGA hardware itself. The time required for image recognition of one pixel row should be faster than 2.6 ?s which is required for the camera to transmit one row of pixel data. Consequently, image recognition is completed by the time the camera exposure ends. Once the image recognition is complete, the system has to allow for rearranging the atoms in real time via control of the 20 independent AODs. Moreover, the system must be scalable to support an upgrade to at least 2560 RF tones in the future while ensuring the simultaneity of control for all RF tones.