相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构制造技术

本发明专利技术公开了一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路，包含：电容C1、电感

Superconducting Quantum Bit Structure with Adjustable Coupling Strength of Adjacent Bits

The invention discloses a superconducting quantum bit structure with adjustable coupling strength of adjacent bits, which comprises a first superconducting quantum bit circuit comprising capacitance C1 and inductance.

【技术实现步骤摘要】
相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构
本公开属于量子计算
，涉及一种相邻比特耦合强度可调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，易于调控相邻两个比特之间的耦合强度，使得相邻量子比特之间的耦合强度可以关断或增加，进一步提高双量子比特CZ门的保真度，从而提高量子计算的精度，并且该超导量子比特结构具有高扩展性，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相邻比特耦合强度可调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，提供了一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路，包含：电容C1、电感和约瑟夫森结电容C1和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C1和电感的两端；第二超导量子比特线路，包含：电容C2、电感和约瑟夫森结电容C2和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C2和电感的两端；以及耦合环路，包含：形成环路的约瑟夫森结Lk、电感和电感其中，约瑟夫森结Lk的一端连接在电容C1和电感之间，另一端连接在电容C2和电感之间，电感和电感相连的一端接地，使得相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特通过Lk形成电感耦合。在本公开的一些实施例中，相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特之间的耦合强度为一函数，该函数与第一超导量子比特线路和第二超导量子比特线路中的电感值、电容值和约瑟夫森结的等效电感值、以及耦合环路中的约瑟夫森结的等效电感值相关。在本公开的一些实施例中，通过调节耦合环路中的磁通量实现对约瑟夫森结Lk的调节，从而实现对相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特耦合强度的调节。在本公开的一些实施例中，约瑟夫森结Lk、的类型包括如下类型中的一种或几种：隧道结、点接触和各种微桥。在本公开的一些实施例中，第一超导量子比特线路和第二超导量子比特线路均可进行两支以上的支路扩展，各个支路包含串联的电容、电感，约瑟夫森结并联在串联后的电容和电感的两端。在本公开的一些实施例中，进行支路扩展之后的第一超导量子比特线路和第二超导量子比特线路，以及耦合环路共同作为两个相邻超导量子比特的基本单元，可向左或向右进行一维扩展，得到包含多个相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构的一维链。在本公开的一些实施例中，第一超导量子比特线路、第二超导量子比特线路和耦合环路中所有线路的连接为超导连接。在本公开的一些实施例中，第一超导量子比特线路、第二超导量子比特线路和耦合环路采用导线实现线路的连接，该导线的材料为超导材料。在本公开的一些实施例中，超导材料为铝。在本公开的一些实施例中，第一超导量子比特线路、第二超导量子比特线路和耦合环路中所有线路制备在单层基板、两层基板、或多层基板上；优选的，基板的材料为蓝宝石或者硅材料。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，具有以下有益效果：将耦合环路的约瑟夫森结Lk的两端分别接在了两个超导量子比特线路的电容C1、C2与对应的电感和之间，两个超导量子比特通过Lk形成电感耦合，通过调节Lk与第一超导量子比特耦合线路的尾部电感、第二超导量子比特耦合线路的尾部电感和地形成的耦合环路的磁通量，实现对Lk的等效电感的调节，从而调节两个超导量子比特之间的耦合强度，且能够实现相邻量子比特之间的耦合强度的关断，进一步提高双量子比特CZ门的保真度，从而提高量子计算的精度，并且该超导量子比特结构具有高扩展性，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相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构示意图。图2为根据本公开一实施例所示的将图1所示的相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构扩展为一维链的结构示意图。【符号说明】1-第一超导量子比特线路；2-第二超导量子比特线路；3-耦合环路；Lk-耦合环路的约瑟夫森结；C1-第一超导量子比特线路的电容；-第一超导量子比特线路的约瑟夫森结；-第一超导量子比特耦合线路的尾部电感；C2-第二超导量子比特线路的电容；-第二超导量子比特线路的约瑟夫森结；-第二超导量子比特耦合线路的尾部电感；C11-第一超导量子比特第一支路的约瑟夫森结；-第一超导量子比特第一支路耦合线路的尾部电感；C12-第一超导量子比特第二支路的约瑟夫森结；-第一超导量子比特第二支路耦合线路的尾部电感；C21-第二超导量子比特第一支路的约瑟夫森结；-第二超导量子比特第一支路耦合线路的尾部电感；C22-第二超导量子比特第二支路的约瑟夫森结；-第二超导量子比特第二支路耦合线路的尾部电感。具体实施方式本公开提供了一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，将耦合环路的约瑟夫森结Lk的两端分别接在了两个超导量子比特线路的电容C1、C2与对应的电感和之间，两个超导量子比特通过Lk形成电感耦合，通过调节耦合环路的磁通量，实现对Lk的等效电感的调节，从而调节两个超导量子比特之间的耦合强度，且能够实现相邻量子比特之间的耦合强度的关断，进一步提高双量子比特CZ门的保真度，从而提高量子计算的精度，并且该超导量子比特结构具有高扩展性，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。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构。图1为根据本公开一实施例所示的相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构示意图。本实施例中，电感同时处于第一超导量子比特线路1中和耦合环路3中，本实施例按照功能性将其描述为：第一超导量子比特耦合线路的尾部电感下面均简称电感类似的，同时处于第二超导量子比特线路2中和耦合环路3中，本实施例按照功能性将其描述为：第二超导量子比特耦合线路的尾部电感下面均简称电感参照图1所示，本公开的相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路1，包含：电容C1、电感和约瑟夫森结电容C1和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C1和电感的两端；第二超导量子比特线路2，包含：电容C2、电感和约瑟夫森结电容C2和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C2和电感的两端；以及耦合环路3，用于实现第一超导量子比特与第二超导量子比特之间的耦合，包含：形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路，包含：电容C1、电感

【技术特征摘要】
2018.11.19 CN 20181138763411.一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路，包含：电容C1、电感和约瑟夫森结电容C1和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C1和电感的两端；第二超导量子比特线路，包含：电容C2、电感和约瑟夫森结电容C2和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C2和电感的两端；以及耦合环路，包含：形成环路的约瑟夫森结Lk、电感和电感其中，约瑟夫森结Lk的一端连接在电容C1和电感之间，另一端连接在电容C2和电感之间，电感和电感相连的一端接地，使得相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特通过Lk形成电感耦合。2.根据权利要求1所述的超导量子比特结构，其中，所述相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特之间的耦合强度为一函数，该函数与第一超导量子比特线路和第二超导量子比特线路中的电感值、电容值和约瑟夫森结的等效电感值、以及耦合环路中的约瑟夫森结的等效电感值相关。3.根据权利要求1所述的超导量子比特结构，其中，通过调节所述耦合环路中的磁通量实现对约瑟夫森结Lk的调节，从而实现对相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特耦合强度的调节。4.根据权利要求1所述的超导量子比特...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶杨森，李少炜，查辰，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