约瑟夫森结阵偏置组合计算方法、电子设备及介质技术

公开了一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法、电子设备及介质。该方法可以包括：步骤1：计算所需的约瑟夫森结的总结数；步骤2：针对芯片所包含的约瑟夫森子结阵按照结数进行分组，包括T组、R组、S组和O组；步骤3：将总结数分解为n

【技术实现步骤摘要】
约瑟夫森结阵偏置组合计算方法、电子设备及介质
本专利技术涉及计量测试
，更具体地，涉及一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法、电子设备及介质。
技术介绍
约瑟夫森结是根据约瑟夫森效应设计制作的超导体量子器件，在一个芯片上制作数个到数万个串连在一起的约瑟夫森结，即构成了约瑟夫森结阵。在符合一定条件的微波辐射下，约瑟夫森结阵可以在直流偏置电流下产生电压。该电压具有极其稳定和准确的特性，因此约瑟夫森结阵可以被用作量子电压基准的关键部件。在一个芯片上将约瑟夫森结按照不同的结数划分为若干个子结阵，每个子结阵分别施以独立的电流偏置，即可用于实现可编程约瑟夫森电压基准。在约瑟夫森量子电压基准芯片的子结阵结数设计中，有基于二进制和三进制结数设计方式。因为约瑟夫森结的量子特性具有正偏、零偏、反偏三种状态，用三进制结数设计更利于发挥其效率。例如，用于产生分辨率在万分之一的电压，二进制结需要14个子结阵，而三机制仅需要10个子结阵。为了进一步在量子电压基准芯片工艺和操作效率之间取得平衡，在子结阵数量和最大子结阵结数之间取得平衡，应以三进制为基础的同时综合其他设计方法，并设计相应的偏置组合计算方法。例如，为减小个别子结阵无效时对生成电压影响或减小量化误差，可以将部分子结阵的结数设计为为特殊结数，以提高芯片的适应性。现有的约瑟夫森量子电压基准驱动装置中不能自动适应前述情况，在存在无效结阵的情况下产生的量化误差较大。若误差超过微波频率可调节范围，将造成驱动失败。因此，有必要开发一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法、电子设备及介质。<br>公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术提出了一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法、装置、电子设备及介质，其能够对子结阵自动分组并匹配冗余或非冗余近似计算、量化误差补偿等算法，从而获得具有广泛适应性的优化子结阵偏置组合方案。第一方面，本公开实施例提供了一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法，包括：步骤1：计算所需的约瑟夫森结的总结数n；步骤2：针对芯片所包含的约瑟夫森子结阵按照结数进行分组，包括升序三进制T组、三进制冗余R组、量化误差补偿S组和剩余有效子结阵O组；步骤3：将总结数n分解为nTj和nOj两项之和，其中，分解方式为p种，nTj是小于T组子结阵结数之和的非负整数，nOj是用O组子结阵的偏置组合表示的非负整数；步骤4：分别将p种分解方式中的nTj转换为通过T组和R组子结阵表示的p种偏置组合形式；步骤5：通过S组的量化误差补偿数值分别补偿p种偏置组合形式产生的量化误差，获得补偿后剩余误差最小的偏置组合方式；步骤6：将步骤5中的偏置组合方式按照原子结阵顺序进行排列。优选地，通过公式(1)计算所需的约瑟夫森结的总结数n：其中，f为偏置微波频率，V为目标电压，KJ为Josephson常数，ROUND()符号表示圆整运算。优选地，所述步骤2包括：步骤2-1：计算有效子结阵总结数N，判断n≥N是否成立，是则全部有效子结阵放入O组并结束步骤2，否则进入步骤2-2；步骤2-2：从所有子结阵中查找并分离出结数符合nTi＝nLSB·3i形式的t个子结阵，并按结数升序排列作为T组，判断T组中子结阵是否全部有效，是则进入步骤2-4，否则进入步骤2-3；步骤2-3：在剩余的有效子结阵中，查找是否有结数等于nR＝nT＝nLSB·∑3i的子结阵，是则将其存入R组，否则继续查找差值等于nR的子结阵对，如查找到则将按结数升序排列存入R组，如未查找到则保持R组为空并进入步骤2-4；计算除T组和R组以外的有效子结阵总结数N1，判断是否n>N1+NT，是则将R组的所有子结阵移入O组，否则保留R组；步骤2-4：在剩余的有效子结阵中，查找差值小于nLSB且互不相同的子结阵对，将找到的子结阵对涉及的子结阵存入S组；步骤2-5：计算除T、R、S组外剩余有效子结阵的总结数N2，判断n>N2+NT是否成立，是则将S组和剩余子结阵全部移入O组，否则保留S组，剩余子结阵移入O组。优选地，所述步骤3包括：步骤3-1：根据O组子结阵的结数再次划分小组，将结数相等的子结阵放入同一小组；步骤3-2：计算各小组内偏置组合所能实现的等效结数，获得剩余子结阵组合结数表；步骤3-3：从组合结数表中剔除负数项，按降序排列记为优化组合结数表；步骤3-4：在优化组合结数表中查询符合n＝nOj+nTj且-NT≤nTj≤NT的p个nOj，并计算对应的nTj＝n-nOj。优选地，所述步骤4包括：步骤4-1：取T组的最小结数nLSB为单位，将nTj和nR分别单位化为整数D0和R0，将T组内所有子结阵的结数单位化为平衡三进制基数数组；步骤4-2：检查T组中是否全部为有效子结阵，是则取D1＝D0并进入步骤4-7，否则进入步骤4-3；步骤4-3：检查R组是否为空，是则用失效子结阵近似算法分别计算D0的近似值D1并进入步骤4-7，否则进入步骤4-4；步骤4-4：判断用T组子结阵偏置组合表示nTj时是否需要正偏或反偏无效子结阵，是则进入步骤4-5，否则进入步骤4-7；步骤4-5：判断用R组和T组子结阵偏置组合表示nTj是否需要正偏或反偏无效子结阵，是则进入步骤4-6，否则进入步骤4-7；步骤4-6：用失效子结阵近似算法分别计算D0和的近似值D1和D2，判断D1是否比更接近D0，是则进入步骤4-7，否则进入步骤4-8；步骤4-7：将D1转换至平衡三进制，转换结果中各位权值为1对应正偏，权值为0对应零偏，权值为-1对应反偏，R组子结阵全部零偏，刷新nTj＝nLSBD1，进入步骤4-9；步骤4-8：将D2转换至平衡三进制，结果中各位权值为1对应正偏、权值为0对应零偏、权值为-1对应反偏，R组中如只有单子结阵，则D0为正将其正偏，D0为负将其反偏；R组中如有双子结阵，则D0为正将结数大者正偏、结数小者反偏，D0为负则反之，刷新步骤4-9：根据nOj与刷新后的nTj计算对应的偏置组合方式生成的总结数。优选地，所述失效子结阵近似算法包括：以计算对象为输入值E0；在T组中从高位开始搜索第一段连续无效的子结阵，将连续无效子结阵两端位数分别记为j和k，根据所述平衡三进制基数数组获得基数Tk+1；将E0分解为两个整数F0和G0，其中F0为E0整除基数Tk+1的商数，G0为E0整除Tk+1的余数；判断G0是否在设定区间内，是则直接返回E1＝E0并结束；否则取与G0距离最小的区间端点作为G0的近似值G1，返回E1＝F0Tk+1+G1并结束。优选地，通过公式(2)计算整数D0：优选地，通过公式(3)计算整数R0：作为本公开实施例的一种具体实现方式，第二方面，本公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法，其特征在于，包括：/n步骤1：计算所需的约瑟夫森结的总结数n；/n步骤2：针对芯片所包含的约瑟夫森子结阵按照结数进行分组，包括升序三进制T组、三进制冗余R组、量化误差补偿S组和剩余有效子结阵O组；/n步骤3：将总结数n分解为n

【技术特征摘要】
1.一种约瑟夫森结阵偏置组合计算方法，其特征在于，包括：
步骤1：计算所需的约瑟夫森结的总结数n；
步骤2：针对芯片所包含的约瑟夫森子结阵按照结数进行分组，包括升序三进制T组、三进制冗余R组、量化误差补偿S组和剩余有效子结阵O组；
步骤3：将总结数n分解为nTj和nOj两项之和，其中，分解方式为p种，nTj是小于T组子结阵结数之和的非负整数，nOj是用O组子结阵的偏置组合表示的非负整数；
步骤4：分别将p种分解方式中的nTj转换为通过T组和R组子结阵表示的p种偏置组合形式；
步骤5：通过S组的量化误差补偿数值分别补偿p种偏置组合形式产生的量化误差，获得补偿后剩余误差最小的偏置组合方式；
步骤6：将步骤5中的偏置组合方式按照原子结阵顺序进行排列。


2.根据权利要求1所述的约瑟夫森结阵偏置组合计算方法，其中，通过公式(1)计算所需的约瑟夫森结的总结数n：



其中，f为偏置微波频率，V为目标电压，KJ为Josephson常数，ROUND()符号表示圆整运算。


3.根据权利要求1所述的约瑟夫森结阵偏置组合计算方法，其中，所述步骤2包括：
步骤2-1：计算有效子结阵总结数N，判断n≥N是否成立，是则全部有效子结阵放入O组并结束步骤2，否则进入步骤2-2；
步骤2-2：从所有子结阵中查找并分离出结数符合nTi＝nLSB·3i形式的t个子结阵，并按结数升序排列作为T组，判断T组中子结阵是否全部有效，是则进入步骤2-4，否则进入步骤2-3；
步骤2-3：在剩余的有效子结阵中，查找是否有结数等于nR＝nT＝nLSB·∑3i的子结阵，是则将其存入R组，否则继续查找差值等于nR的子结阵对，如查找到则将按结数升序排列存入R组，如未查找到则保持R组为空并进入步骤2-4；计算除T组和R组以外的有效子结阵总结数N1，判断是否n>N1+NT，是则将R组的所有子结阵移入O组，否则保留R组；
步骤2-4：在剩余的有效子结阵中，查找差值小于nLSB且互不相同的子结阵对，将找到的子结阵对涉及的子结阵存入S组；
步骤2-5：计算除T、R、S组外剩余有效子结阵的总结数N2，判断n>N2+NT是否成立，是则将S组和剩余子结阵全部移入O组，否则保留S组，剩余子结阵移入O组。


4.根据权利要求1所述的约瑟夫森结阵偏置组合计算方法，其中，所述步骤3包括：
步骤3-1：根据O组子结阵的结数再次划分小组，将结数相等的子结阵放入同一小组；
步骤3-2：计算各小组内偏置组合所能实现的等效结数，获得剩余子结阵组合结数表；
步骤3-3：从组合结数表中剔除负数项，按降序排列记为优化组合结数表；
步骤3-4：在优化组合结数表中查询符合n＝nOj+nTj且-NT≤nTj≤NT的p个nOj，并计算对应的nTj＝n-nOj。


5.根据权利要求1所述的约瑟夫森结阵偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建亭，鲁云峰，富雅琼，钱璐帅，屈继峰，贺青，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11