CN112529192A - 用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法 - Google Patents

用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法 Download PDF

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CN112529192A CN202011391569.7A CN202011391569A CN112529192A CN 112529192 A CN112529192 A CN 112529192A CN 202011391569 A CN202011391569 A CN 202011391569A CN 112529192 A CN112529192 A CN 112529192A
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Abstract

本公开提供了一种用于离子阱量子实验的电子学装置，包括：通讯功能模块，用于接收用户发送的工作指令，并发送至中央控制模块；中央控制模块，用于接收工作指令，基于工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；计数器功能模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至中央控制模块；中央控制模块，还用于接收计数结果，将计数结果通过通讯功能模块发送给用户，和/或基于计数结果控制信号输出功能模块生成相应的信号；信号输出功能模块，用于基于工作指令和/或计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。

Description

用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法
技术领域
本公开涉及离子阱实验领域，具体涉及一种用于离子阱量子实验的电子学装置及其控制方法。
背景技术
离子阱因其能够稳定地存储量子态技术，在量子信息、量子计算、原子分子光谱、光学频率标准等领域具有广泛的应用，同时，离子阱平台被认为是最有希望发展出商业通用量子计算机的平台之一。在现有的离子阱实验装置中，量子实验所用的电子学装置仍为分立式的电子学模块，每个模块的功能不能灵活地重新配置，多个模块间的协同需要通过外部上位机的协调控制，各模块间的信息交互也需要通过通信总线进行数据传递，这都使得现有的电子学装置存在额外的数据延迟以及同步问题，影响了数据传输的速率和实时性。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本公开提供一种用于离子阱量子实验的电子学装置包括：
中央控制模块、通讯功能模块、计数器功能模块和信号输出功能模块；
所述通讯功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收用户发送的工作指令，并将所述工作指令发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块，用于接收所述工作指令，基于所述工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；
所述计数器功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对所述待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块，还用于接收所述计数结果，将所述计数结果通过所述通讯功能模块发送给用户，和/或基于所述计数结果控制所述信号输出功能模块生成相应的信号；
所述信号输出功能模块，连接所述中央控制模块，用于基于所述工作指令和/或所述计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。
可选地，所述通讯功能模块包括通讯接口电路和通讯总线模块；
所述通讯接口电路，用于接收用户发送的工作指令；
所述通讯总线模块，连接所述中央控制模块，用于向所述中央控制模块发送所述工作指令。
可选地，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述信号输出功能模块的初始化运行参数，和控制所述信号输出功能模块的运行状态，以使所述信号输出功能模块输出所需的信号，所述信号输出功能模块包括：
所述任意波形发生器功能模块用于生成并输出任意波形信号；
所述脉冲发生器功能模块用于生成并输出脉冲信号；
所述直接数字合成器功能模块用于生成并输出射频信号；
所述反馈控制器功能模块用于接收反馈输入信号和生成并输出反馈输出信号。
可选地，所述任意波形发生器功能模块包括任意波形发生器模块和任意波形发生器输出电路；
所述任意波形发生器模块，用于产生数字波形信号；
所述任意波形发生器输出电路，用于将所述数字波形信号转换成模拟波形信号并输出所述模拟波形信号。
可选地，所述脉冲发生器功能模块包括脉冲发生器模块和脉冲发生器输出电路；
所述脉冲发生器模块，用于生成脉冲信号；
所述脉冲发生器输出电路，用于输出所述脉冲信号。
可选地，所述直接数字合成器功能模块包括直接数字合成器控制模块和直接数字合成器输出电路；
所述直接数字合成器控制模块，用于根据所述工作指令在预设时间点配置所述直接数字合成器输出电路的输出射频信号的参数；
所述直接数字合成器输出电路，用于生成并输出射频信号。
可选地，所述反馈控制器功能模块包括反馈控制器模块和反馈控制器外围电路；
所述反馈控制器外围电路，用于将接收的反馈输入信号并发送至所述反馈控制器模块和接收并输出所述反馈控制器模块发送的反馈输出信号；
所述反馈控制器模块，用于接收并处理所述反馈输入信号，并将处理后获得的反馈输出信号发送至所述反馈控制器外围电路。
可选地，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述计数器功能模块的初始化运行参数，以使所述计数器模块对待测数字信号进行计数，所述计数器功能模块包括甄别器和计数器模块；
所述甄别器，用于接收并处理离子阱量子实验产生的所述待测数字信号；
所述计数器模块，用于对所述甄别器处理后的待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制器模块。
可选地，所述电子学装置还包括存储功能模块，连接所述中央控制模块，用于存储各功能模块的初始化静态配置参数和预设波形信息。
本公开还提供了一种控制方法，基于上述的用于离子阱量子实验的电子学装置，所述控制方法包括：
中央控制模块通过通讯功能模块接收用户发送的工作指令，并根据所述工作指令配置各功能模块的初始化参数；
所述中央控制模块并行控制信号输出功能模块产生并输出用于离子阱量子实验的信号和/或计数器功能模块开启计数功能；
当所述计数器功能模块接收离子阱量子实验产生的待测数字信号后，对所述待测数字信号进行计数，将计数结果发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块将所述计数结果通过所述通信功能模块发送至用户，和/或判断当所述计数结果达到预设值时，控制所述信号输出功能模块输出相应的信号。
与现有技术相比，本公开具有以下有益效果：
1、构建以中央控制模块为核心的FPGA，实现对各个功能模块的并行控制，提高电子学装置整体的协调性。
2、中央控制模块代替实现现有技术中常用的上位机的功能，减少各功能模块对外部上位机的依赖，各模块之间的数据交互不再需要通过通信总线实现，减少了数据传输的延时，优化了各模块间数据同步的效果。
3、相比于现有技术中的分块式实验装置，本公开的电子学装置各功能模块的运行模式是可编程、可调整的，可根据用户的自身需求进行优化定制。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示意性示出了本公开实施例的用于离子阱量子实验的电子学装置的框图；
图2示意性示出了本公开实施例的任意波形发生器功能模块的框图；
图3示意性示出了本公开实施例中脉冲发生器功能模块的框图；
图4示意性示出了本公开实施例中直接数字合成器功能模块的框图；
图5示意性示出了本公开实施例中反馈控制器功能模块的框图；以及
图6示意性示出了本公开实施例的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
参见图1，本公开提供了一种用于离子阱量子实验的电子学装置100，包括：中央控制模块1、通讯功能模块2、计数器功能模块3和信号输出功能模块4。
所述通讯功能模块2，连接所述中央控制模块1，用于接收用户发送的工作指令，并将所述工作指令发送至所述中央控制模块1。
所述中央控制模块1，用于接收所述工作指令，基于所述工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；
所述计数器功能模块3，连接所述中央控制模块1，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对所述待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制模块1；
所述中央控制模块1，还用于接收所述计数结果，将所述计数结果通过所述通讯功能模块2发送给用户，和/或基于所述计数结果控制所述信号输出功能模块4生成相应的信号；
所述信号输出功能模块4，连接所述中央控制模块1，用于基于所述工作指令和/或所述计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。
所述用于离子阱量子实验的电子学装置100还包括存储功能模块5，连接所述中央控制模块1，用于存储各功能模块的初始化静态配置参数和预设波形信息。
具体地，所述通讯功能模块2包括通讯总线模块21和通讯接口电路22；所述计数器功能模块3包括计数器模块31和甄别器32；所述信号输出功能模块4包括任意波形发生器功能模块41、脉冲发生器功能模块42、直接数字合成器功能模块43和反馈控制器功能模块44，其中，所述任意波形发生器功能模块41包括任意波形发生器模块411和任意波形发生器输出电路412，所述脉冲发生器功能模块42包括脉冲发生器模块421和脉冲发生器输出电路422，所述直接数字合成器功能模块43包括直接数字合成器控制模块431和直接数字合成器输出电路432，所述反馈控制器功能模块44包括反馈控制器模块441和反馈控制器外围电路442；所述存储功能模块5包括存储控制模块51和存储模块52。
在本实施例中，中央控制模块1、通讯总线模块21、计数器模块31、任意波形发生器模块411、脉冲发生器模块421、直接数字合成器控制模块431、反馈控制器模块441和存储控制模块51形成以中央控制模块1为核心的FPGA核心控制模块。中央控制模块1分别连接中央控制模块1、通讯总线模块21、计数器模块31、任意波形发生器模块411、脉冲发生器模块421、直接数字合成器控制模块431、反馈控制器模块441和存储控制模块51的一端，以控制各功能模块的运行。利用FPGA的高性能、逻辑单元丰富、实时处理能力强、数据贾环速率快和并行性等优点，实现本公开中电子学装置100各功能模块之间功能的灵活配置，减少各功能模块对外部上位机的依赖，各功能模块在运行过程中无需每次都向外部上位机获取数据和无需再通过通信总线进行数据交换，提高了电子学装置整体的协同性和运行效率，从而减少了数据传输延迟和信息同步问题给本公开所述电子学装置100运行性能的带来的不良影响。
作为一种可选实施例，所述通讯功能模块2包括通讯总线模块21和通讯接口电路22。所述通讯接口电路22，用于接收用户发送的工作指令；所述通讯总线模块21，连接所述中央控制模块1，用于向所述中央控制模块1发送所述工作指令。
在本实施例中，通讯功能模块2一端连接中央控制模块1，另一端连接外部上位机，其中，通讯接口电路22连接外部上位机接收用户发送的工作指令，在将所述工作指令发送至通讯总线模块21，通讯总线模块21将接收到的工作指令发送至中央控制模块1，实现FPGA核心控制模块与外部上位机之间进行高速数据交换。所述工作指令包括波形信息、模块运行指令和模块初始化参数等等。其中，波形信息包括波形数据、描述波形的多项式中每一项的系数和频率、幅值以及相位波形参数，以限定所述信号输出功能模块4输出用户所需的信号。模块运行指令具体是输入/输出通道选通指令，例如，控制计数器功能模块3的运行状态是否开启，和控制信号输出功能模块4中任意波形发生器模块411、脉冲发生器模块421、直接数字合成器控制模块431、反馈控制器模块441的输出和/或输入状态，选择所需的模块输出相应的信号。模块初始化参数具体是电子学装置100中每个功能模块的初始化运行参数，根据用户输入的指令进行相应的设置。
需要说明的是，存储功能模块5包括存储控制模块51和存储模块52，所述存储控制模块51连接中央控制模块1，用于存储各功能模块的初始化静态配置参数和预设波形信息。所述初始化静态配置参数为电子学装置100默认配置的模块运行参数或所述电子学装置100上一次运行时配置的运行参数。当所述电子学装置100开机启动后，接受到用户发送的模块初始化参数之前，中央控制模块1先通过FPGA中的存储控制模块51从存储模块52中获得初始化静态配置参数，进行静态配置。若中央控制模块1在后续接收到的工作指令中识别出新的初始化参数，则更新各功能模块的初始化参数，若没有识别到新的初始化参数，则保留静态配置时的初始化参数。具体的，存储模块52可包括非易失性存储和高数据带宽的易失性存储两部分，前者存储各个模块的静态初始化参数信息，后者为波形存储的扩展存储器，存储预设波形信息和电子学装置100在运行时产生的数据。
作为一种可选实施例，所述中央控制模块1基于接收到的工作指令，配置所述信号输出功能模块4的初始化运行参数，和控制所述信号输出功能模块4的运行状态，以使所述信号输出功能模块4输出所需的信号，所述信号输出功能模块4包括：
所述任意波形发生器功能模块41用于生成并输出任意波形信号；
所述脉冲发生器功能模块42用于生成并输出脉冲信号；
所述直接数字合成器功能模块43用于生成并输出射频信号；
所述反馈控制器功能模块44用于接收反馈输入信号和生成并输出反馈输出信号。
参见图2，所述任意波形发生器功能模块41包括任意波形发生器模块411和任意波形发生器输出电路412。所述任意波形发生器模块411，用于产生数字波形信号；所述任意波形发生器输出电路412，用于将所述数字波形信号转换成模拟波形信号并输出所述模拟波形信号。
在本实施例中，所述任意波形发生器功能模块41连接中央控制模块1的一端，接收中央控制模块1发送的波形信息和模块运行指令，进行实时的波形信号生成，最终输出任意波形信号。
具体的，任意波形发生器模块411包括数据处理单元4111、直接模式波形生成单元4112、多次函数生成模式波形生成单元4113、计算模式波形生成单元4114以及数据选择器4115。任意波形发生器输出电路412包括第一数字模拟转换器4121(DAC，Digital-to-Analog Converter)和第一输出调理电路4122。
数据处理单元4111根据模块运行指令的信息，进行模式选择，将波形信息分发至相应模式的波形发生单元。其中，直接模式是获得的波形信息直接生成数字波形信号。多次函数生成模式是根据包含波形信息的多项式生成数字波形信号。计算模式是根据波形信息包含的波形参数值进行计算，从而生成数字波形信号。数据选择器4115根据模式选择信息选择相应的波形发生单元产生的数字波形信号作为输出。第一DAC4121将输入的数字波形信号转换为模拟波形信号。第一输出调理电路4122包含增益调节电路与滤波电路，实现对输出的模拟波形信号的进行增益调节并滤波。例如，任意波形发生器功能模块41最终输出的波形可用于控制离子阱设备中的直流电电极。
参见图3，所述脉冲发生器功能模块42包括脉冲发生器模块421和脉冲发生器输出电路422。所述脉冲发生器模块421，用于生成脉冲信号，所述脉冲发生器输出电路422，用于输出所述脉冲信号。
在本实施例中，所述脉冲发生器功能模块42连接中央控制模块1的一端，接收中央控制模块1发送的波形信息和模块运行指令，生成并输出脉冲信号。
具体的，脉冲发生器输出电路422包括电平转换电路4221和输出驱动器4222。
脉冲发生器模块421逐段地解析接收到的波形信息，根据波形信息中指定的电平高低、脉冲宽度输出相应电平与脉冲宽度的脉冲波形信号。该脉冲波形信号经电平转换电路4221和输出驱动器4222最终输出脉冲信号。例如，脉冲发生器功能模块42最终输出的波形可用于控制离子阱设备中的机械快门或继电器。
参见图4，所述直接数字合成器功能模块43包括直接数字合成器控制模块431和直接数字合成器输出电路432。所述直接数字合成器控制模块431，用于根据所述工作指令在预设时间点配置所述直接数字合成器输出电路432的输出射频信号的参数，所述直接数字合成器输出电路432，用于生成并输出射频信号。
在本实施例中，所述直接数字合成器功能模块43连接中央控制模块1的一端，接收中央控制模块1发送的波形信息和模块运行指令，生成并输出射频信号。
具体的，直接数字合成器输出电路432包括直接数字合成器4321、脉冲成型电路4322和第二输出调理电路4323。
直接数字合成器控制模块431根据接收到的波形信息和模块运行指令，在预设的时间节点下，逐段地、定时地对直接数字合成器4321进行幅度、频率、相位的配置，直接数字合成器4321根据所配置的幅度、频率、相位生成逐段射频信号脉冲。脉冲成型电路4322对射频信号脉冲进行脉冲成型，脉冲成型电路4322可利用脉冲发生器功能模块42或任意波形发生器功能模块41输出的波形作为脉冲包络对射频信号进行脉冲成型。第二输出调理电路4323对即将输出的脉冲成型后的射频信号进行增益调节与滤波。例如，直接数字合成器功能模块43最终输出的波形可作用于离子阱设备中的声光调制器，实现电信号对激光的调制。
参见图5，所述反馈控制器功能模块44包括反馈控制器模块441和反馈控制器外围电路442；所述反馈控制器外围电路442，用于将接收的反馈输入信号并发送至所述反馈控制器模块441和接收并输出所述反馈控制器模块441发送的反馈输出信号；所述反馈控制器模块441，用于接收并处理所述反馈输入信号，并将处理后获得的反馈输出信号发送至所述反馈控制器外围电路442。
在本实施例中，所述反馈控制器功能模块44连接中央控制模块1的一端，接收中央控制模块1发送的波形信息和模块运行指令，生成并输出反馈输出信号。
具体的，反馈控制器模块441包括第一加法器4411、第二加法器4412、比例模块4413、积分模块4414和差分模块4415。所述反馈控制器外围电路442包括第一模拟数字转换器4421(ADC，Analog-to-Digital Converter)、第二DAC4422、第一输入调理电路4423和第三输出调理电路4424。
反馈控制器外围电路442接收反馈输入，第一输入调理电路4423对所述反馈输入进行滤波、增益调节后由第一ADC4421将模拟反馈输入波形信号转换成数字反馈输入波形信号，第一加法器4411将数字反馈输入波形信号与预设点做差得到误差项e，并基于KP、KI、KD三项权重通过比例、积分、差分三个模块对该误差项e分别求积分、差分，最终由第二加法器4412进行加和与附加输出偏置，第二加法器4412输出数字反馈输出波形信号，再经由第二DAC4422转换为模拟反馈输出波形信号，经由第三输出调理电路4424的增益调节、滤波实现反馈输出。例如，反馈控制器功能模块44最终输出的波形可实现对离子阱设备中腔体的长度控制。
需要请说明的是，以上实施例中所述波形信息可以是中央控制模块1接收到的工作指令中包含的用户输入的波形信息，也可以是中央控制模块1从存储模块52中获取的预设波形信息，对波形信息的具体选择以用户发送的模块运行指令为依据。同时，任意波形发生器模块411、脉冲发生器模块421、直接数字合成器控制模块431、反馈控制器模块441均为可编程的。用户可在电子学装置100运行前对各模块进行适应性的调整，为适应不同的离子阱量子实验做出针对性地优化，满足用户的不同需求。
作为一种可选实施例，所述中央控制模块1基于工作指令，配置所述计数器功能模块3的初始化运行参数，以使所述计数器功能模块3对待测数字信号进行计数，所述计数器功能模块3包括计数器模块31和甄别器32；所述甄别器32，用于接收并处理离子阱量子实验产生的所述待测数字信号；所述计数器模块31，用于对所述甄别器32处理后的待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制器模块1。
在本实施例中，所述计数器功能模块3连接中央控制模块1的一端，另一端接收离子阱量子实验产生的所述待测数字信号。
具体的，外部输入的待测数字信号经甄别器32处理，生成与后端电路电平匹配的数字信号，再由计数器模块31对该数字信号的上升沿进行计数。通常，计数器模块31采用门控式地打开方式，中央控制模块1利用上升沿/下降沿触发计数器模块31开始/停止计数，在单次计数的开始与停止后，计数器模块31所产生的计数结果发送至中央控制模块1，再由中央控制模块1将计数结果并回传至外部上位机。或者中央控制模块1判断所述计数结果达到预设值时，将计数结果作为工作指令控制信号输出功能模块4输出相应的信号。
需要说明的是，由于FPGA的并行控制性，以上所述实施例的运行过程均可以通过中央控制模块1并行控制并同步运行。例如，在计数器功能模块3进行计数的过程中，信号输出功能模块4可以同时进行信号输出。
本公开提供了一种控制方法，适用于上述的用于离子阱量子实验的电子学装置100，图6示意性示出了根据本公开实施例的控制方法的流程图。
参见图6，所述控制方法至少包括以下步骤：
S1，中央控制模块通过通讯功能模块接收用户发送的工作指令，并根据所述工作指令配置各功能模块的初始化参数；
S2，所述中央控制模块并行控制信号输出功能模块产生并输出用于离子阱量子实验的信号和/或计数器功能模块开启计数功能；
S3，当所述计数器功能模块接收离子阱量子实验产生的待测数字信号后，对所述待测数字信号进行计数，将计数结果发送至所述中央控制模块；
S4，所述中央控制模块将所述计数结果通过所述通信功能模块发送至用户，和/或判断当所述计数结果达到预设值时，控制所述信号输出功能模块输出相应的信号。
在本实施例中，步骤S2具体可以是所述中央控制模块可控制所述信号输出功能模块产生并输出用于离子阱量子实验的信号，或所述计数器功能模块开启计数功能，等待进行计数，或所述中央控制模块可控制所述信号输出功能模块产生并输出用于离子阱量子实验的信号和所述计数器功能模块开启计数功能，等待进行计数。
步骤S4具体可以是所述中央控制模块将所述计数结果通过所述通信功能模块发送至用户，或判断当所述计数结果达到预设值时，控制所述信号输出功能模块输出相应的信号，或所述中央控制模块将所述计数结果通过所述通信功能模块发送至用户，和判断当所述计数结果达到预设值时，控制所述信号输出功能模块输出相应的信号。
在本公开中提供的用于离子阱量子实验的电子学装置，构建以中央控制模块为核心的FPGA，利用FPGA的高性能、逻辑单元丰富、实时处理能力强、数据交换速率快和并行性等优点，实现对各个功能模块的并行控制和各功能模块之间功能的灵活配置，提高电子学装置整体的协调性。中央控制模块代替实现现有技术中常用的上位机的功能，减少各功能模块对外部上位机的依赖，各功能模块在运行过程中无需每次都向外部上位机获取数据和也无需再通过通信总线进行数据交换，减少了数据传输的延时，优化了各模块间数据同步的效果。同时，相比于现有技术中的分块式实验装置，本公开的电子学装置各功能模块的运行模式是可编程、可调整的，可根据用户的自身需求进行优化定制。
对于本公开的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本公开技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，包括：
中央控制模块、通讯功能模块、计数器功能模块和信号输出功能模块；
所述通讯功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收用户发送的工作指令，并将所述工作指令发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块，用于接收所述工作指令，基于所述工作指令配置各功能模块的初始化参数，并行控制各功能模块之间的数据交互；
所述计数器功能模块，连接所述中央控制模块，用于接收离子阱量子实验产生的待测数字信号，对所述待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块，还用于接收所述计数结果，将所述计数结果通过所述通讯功能模块发送给用户，和/或基于所述计数结果控制所述信号输出功能模块生成相应的信号；
所述信号输出功能模块，连接所述中央控制模块，用于基于所述工作指令和/或所述计数结果生成并输出用于离子阱量子实验的信号。
2.根据权利要求1所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述通讯功能模块包括通讯接口电路和通讯总线模块；
所述通讯接口电路，用于接收用户发送的工作指令；
所述通讯总线模块，连接所述中央控制模块，用于向所述中央控制模块发送所述工作指令。
3.根据权利要求1所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述信号输出功能模块的初始化运行参数，和控制所述信号输出功能模块的运行状态，以使所述信号输出功能模块输出所需的信号，所述信号输出功能模块包括：
所述任意波形发生器功能模块用于生成并输出任意波形信号；
所述脉冲发生器功能模块用于生成并输出脉冲信号；
所述直接数字合成器功能模块用于生成并输出射频信号；
所述反馈控制器功能模块用于接收反馈输入信号和生成并输出反馈输出信号。
4.根据权利要求3所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述任意波形发生器功能模块包括任意波形发生器模块和任意波形发生器输出电路；
所述任意波形发生器模块，用于产生数字波形信号；
所述任意波形发生器输出电路，用于将所述数字波形信号转换成模拟波形信号并输出所述模拟波形信号。
5.根据权利要求3所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述脉冲发生器功能模块包括脉冲发生器模块和脉冲发生器输出电路；
所述脉冲发生器模块，用于生成脉冲信号；
所述脉冲发生器输出电路，用于输出所述脉冲信号。
6.根据权利要求3所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述直接数字合成器功能模块包括直接数字合成器控制模块和直接数字合成器输出电路；
所述直接数字合成器控制模块，用于根据所述工作指令在预设时间点配置所述直接数字合成器输出电路的输出射频信号的参数；
所述直接数字合成器输出电路，用于生成并输出射频信号。
7.根据权利要求3所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述反馈控制器功能模块包括反馈控制器模块和反馈控制器外围电路；
所述反馈控制器外围电路，用于将接收的反馈输入信号并发送至所述反馈控制器模块和接收并输出所述反馈控制器模块发送的反馈输出信号；
所述反馈控制器模块，用于接收并处理所述反馈输入信号，并将处理后获得的反馈输出信号发送至所述反馈控制器外围电路。
8.根据权利要求1所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，所述中央控制模块基于工作指令，配置所述计数器功能模块的初始化运行参数，以使所述计数器模块对待测数字信号进行计数，所述计数器功能模块包括甄别器和计数器模块；
所述甄别器，用于接收并处理离子阱量子实验产生的所述待测数字信号；
所述计数器模块，用于对所述甄别器处理后的待测数字信号进行计数，并将计数结果发送至所述中央控制器模块。
9.根据权利要求1所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，其特征在于，还包括存储功能模块，连接所述中央控制模块，用于存储各功能模块的初始化静态配置参数和预设波形信息。
10.一种控制方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的用于离子阱量子实验的电子学装置，所述控制方法包括：
中央控制模块通过通讯功能模块接收用户发送的工作指令，并根据所述工作指令配置各功能模块的初始化参数；
所述中央控制模块并行控制信号输出功能模块产生并输出用于离子阱量子实验的信号和/或计数器功能模块开启计数功能；
当所述计数器功能模块接收离子阱量子实验产生的待测数字信号后，对所述待测数字信号进行计数，将计数结果发送至所述中央控制模块；
所述中央控制模块将所述计数结果通过所述通信功能模块发送至用户，和/或判断当所述计数结果达到预设值时，控制所述信号输出功能模块输出相应的信号。
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