可扩展的超导量子比特结构制造技术

技术编号:21158160 阅读:88 留言:0更新日期:2019-05-22 07:48
本发明专利技术公开了一种可扩展的超导量子比特结构,包括:多个超导量子比特线路,每个超导量子比特线路包含:至少一个约瑟夫森结结构,该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合;以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感;以及一耦合器线路,用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零;其中,与约瑟夫森结直接相连的电容为多个,超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。该结构在提高量子计算的精度的基础上,进一步提高了超导量子比特结构的扩展性,促进超导量子计算的应用。

Scalable Superconducting Quantum Bit Structure

The invention discloses a scalable superconducting quantum bit structure, which includes: a plurality of superconducting quantum bit circuits, each of which comprises at least one Josephson junction structure, which is a Josephson junction, or a combination of Josephson junctions and auxiliary circuits; and a direct connection with Josephson junction. Capacitance and inductance; and a coupler circuit for adjusting the coupling strength between the superconducting quantum bits connected to the coupler, and the coupling strength can be adjusted to close to or equal to zero; where the capacitors directly connected to the Josephson junction are multiple, and the superconducting quantum bits are coupled to other circuits through a branch structure formed by multiple capacitors. On the basis of improving the accuracy of quantum computation, this structure further improves the scalability of superconducting quantum bit structure and promotes the application of superconducting quantum computation.

【技术实现步骤摘要】
可扩展的超导量子比特结构
本公开属于量子计算
,涉及一种可扩展的超导量子比特结构。
技术介绍
由于晶体管芯片的尺寸越来越小、逐渐接近极限,传统经典计算机的运算性能也逐渐到达峰值。量子计算机作为一种潜在的替代现有经典计算机的方案,其原理及相关算法在上个世纪就已经被大量研究,在大质数因子分解、全局搜索等数学问题上,量子计算都具有原则性上的求解速度优势。科学家现在已经建立起不同的量子体系,并实现了一些简单的量子算法,其中超导量子计算是最有前景的量子计算体系。在量子计算系统中,最重要的就是实现高保真度的单量子比特门、双量子比特CZ门。在超导量子计算系统中,单量子比特门在现有的Xmon设计中已经可以达到99.5%以上的保真度,已经达到很多量子算法的要求。然而在现有的多量子比特体系中,固定耦合强度的相邻量子比特很难完全关断彼此间的耦合,因此这些多量子比特系统的CZ门保真度受到了一定的限制。更进一步的,现有的量子计算中涉及的多量子比特体系在应用过程中,提出了兼顾高保真度和高扩展性的要求。因此,有必要提出一种新的超导量子比特结构,在提高量子计算的精度的基础上,进一步提高了超导量子比特结构的扩展性,促进超导量子计算的应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种可扩展的超导量子比特结构,以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面,提供了一种可扩展的超导量子比特结构,包括:超导量子比特线路,包含:至少一个约瑟夫森结结构,该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、两个或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合;以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感;以及一耦合器线路,用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零;其中,与约瑟夫森结直接相连的电容为多个,超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。在本公开的一些实施例中,其他电路为如下电路中的一种或几种:读取线路、控制线路、或超导量子比特线路。在本公开的一些实施例中,控制线路用于调节约瑟夫森结的参数,该控制线路连接电源,该电源为电流源或电压源。在本公开的一些实施例中,当超导量子比特线路包含多个约瑟夫森结时,每个约瑟夫森结具有单独的控制线路,或者每个约瑟夫森结具有多个控制线路,或者多个约瑟夫森结共用一个控制线路,或者多个约瑟夫森结与多个控制线路任意搭配使用。在本公开的一些实施例中,可扩展的超导量子比特结构可向左或向右扩展附加结构,该扩展的附加结构为:只包含超导量子比特线路的结构,或者只包含耦合器线路的结构,或者超导量子比特与耦合器的任意组合线路结构。在本公开的一些实施例中,与耦合器相连的超导量子比特与耦合器的连接关系如下:一个耦合器与两个或多个超导量子比特连接,或者多个耦合器与多个超导量子比特连接,且该超导量子比特通过电容与耦合器实现连接。在本公开的一些实施例中,耦合器线路为一环路,该环路包含一第二约瑟夫森结,该第二约瑟夫森结连接在与耦合器相连的超导量子比特线路中的电容处,该环路还包含与耦合器相连的超导量子比特线路中的电感,且电感之间接地。在本公开的一些实施例中,通过多个电容形成的分支结构与超导量子比特进行耦合的其它线路之间位于相同或不同的平面上;和/或,通过多个电容形成的分支结构与超导量子比特进行耦合的其它线路与超导量子比特位于相同或不同的基板上。在本公开的一些实施例中,超导量子比特线路和耦合器线路中所有线路的连接为超导连接;可选的,采用导线实现线路的连接,该导线的材料为超导材料;优选的,该超导材料为铝。在本公开的一些实施例中,约瑟夫森结为隧道结、微桥结、点接触、或者其他呈现约瑟夫森效应的结构或器件。(三)有益效果从上述技术方案可以看出,本公开提供的可扩展的超导量子比特结构,具有以下有益效果:利用耦合器线路调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零,能够实现相邻量子比特之间的耦合强度的关断,提高双量子比特CZ门的保真度,并且超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合,在提高量子计算的精度的基础上,进一步提高了超导量子比特结构的扩展性,促进超导量子计算的应用。附图说明图1为根据本公开一实施例所示的可扩展的超导量子比特结构示意图。【符号说明】C11,C12,C13,C21,C22,C23-电容;J1,J2,J3-约瑟夫森结;T1,T11,T12,T13,T14,T21,T22,T23,T24-接入点;L1,L2-电感。具体实施方式本公开提供了一种可扩展的超导量子比特结构,利用耦合器线路调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零,能够实现相邻量子比特之间的耦合强度的关断,提高双量子比特CZ门的保真度,并且超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合,在提高量子计算的精度的基础上,进一步提高了超导量子比特结构的扩展性,促进超导量子计算的应用。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本公开进一步详细说明。本公开中,权利要求书和说明书中的“多个”的含义表示数量为两个或两个以上。在本公开的第一个示例性实施例中,提供了一种可扩展的超导量子比特结构。图1为根据本公开一实施例所示的可扩展的超导量子比特结构示意图。参照图1所示,本公开的可扩展的超导量子比特结构,包括:多个超导量子比特线路,每个超导量子比特线路包含:至少一个约瑟夫森结结构,该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合;以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感;以及一耦合器线路,用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零;其中,与约瑟夫森结直接相连的电容为多个,超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。本实施例中以可扩展的超导量子比特结构包括2个超导量子比特线路进行示例;其中,每个超导量子比特线路以结构相同进行示意,在每个超导量子比特线路中,以包含1个约瑟夫森结结构,且该约瑟夫森结结构为1个约瑟夫森结,以及与该约瑟夫森结直接相连的3个电容和1个电感进行示例。在本公开的一些实施例中,与耦合器相连的超导量子比特与耦合器的连接关系如下:一个耦合器与两个或多个超导量子比特连接,或者多个耦合器与多个超导量子比特连接,且该超导量子比特通过电容与耦合器实现连接。需要说明的是,在其它实施例中,超导量子比特线路、耦合器线路、约瑟夫森结结构、约瑟夫森结、电容、以及电感的个数可根据实际情况进行适应性设置,不限制其具体个数,且每个超导量子比特线路之间的结构可以相同,也可以不同。本实施例中,以一个耦合器与两个超导量子比特以电容实现连接进行示例,参照图1所示,本实施例的可扩展的超导量子比特结构,包括:两个超导量子比特线路,其中一个超导量子比特线路包含:约瑟夫森结J1,以及与该约瑟夫森结J1直接相连的3个电容C11、C12、C13和电感L1,另一个超导量子比特线路包含:约瑟夫森结J2,以及与该约瑟夫森结J2直接相连的3个电容C21、C22、C23和电感L2;以及耦合器线路,与上述两个超导量子比特线路相连,用于调节与耦合器相连的超导量子比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可扩展的超导量子比特结构,包括:多个超导量子比特线路,每个超导量子比特线路包含:至少一个约瑟夫森结结构,该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合;以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感;以及一耦合器线路,用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零;其中,与约瑟夫森结直接相连的电容为多个,所述超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。

【技术特征摘要】
2018.11.19 CN 20181138763561.一种可扩展的超导量子比特结构,包括:多个超导量子比特线路,每个超导量子比特线路包含:至少一个约瑟夫森结结构,该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合;以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感;以及一耦合器线路,用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度,且该耦合强度可调至接近或等于零;其中,与约瑟夫森结直接相连的电容为多个,所述超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。2.根据权利要求1所述的可扩展的超导量子比特结构,其中,所述其他电路为如下电路中的一种或几种:读取线路、控制线路、或超导量子比特线路。3.根据权利要求2所述的可扩展的超导量子比特结构,其中,所述控制线路用于调节约瑟夫森结的参数,该控制线路连接电源,所述电源为电流源或电压源。4.根据权利要求2所述的可扩展的超导量子比特结构,其中,当所述超导量子比特线路包含多个约瑟夫森结时,每个约瑟夫森结具有单独的控制线路,或者每个约瑟夫森结具有多个控制线路,或者多个约瑟夫森结共用一个控制线路,或者多个约瑟夫森结与多个控制线路任意搭配使用。5.根据权利要求1所述的可扩展的超导量子比特结构,其中,所述可扩展的超导量子比特结构可向左或向右扩展附加结构,该...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓辉龚明吴玉林梁福田廖胜凯彭承志朱晓波潘建伟
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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