一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器制造技术

本申请公开了一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器，本申请实施例提供的片上量子放大器为具有强隔离功能、环行功能和放大功能的两端口片上器件，体积小、耗散低，具有非互易性。本申请实施例提供的具有强隔离功能的片上量子放大器，不仅增加了放大器的增益带宽积，还具有强隔离功能，同时可取代HEMT，极大地降低了超导量子计算机及其测试系统的成本。本申请实施例提供的具有强隔离功能的片上量子放大器能与量子芯片直接相连，保护量子芯片免受后续电路的反作用干扰。基于本申请实施例提供的片上量子放大器，不仅简化了超导量子测试系统，而且显著缩小了超导量子测试系统的体积，有利于超导量子计算机的规模化发展。

【技术实现步骤摘要】
一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器
本申请涉及但不限于量子计算
，尤指一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器。
技术介绍
在超导量子测试系统中，量子信息的传输不仅需要放大，还需要隔离外界信号的反作用。相关技术中，一方面，隔离器、环行器和量子放大器均为独立器件，体积大、热损耗严重，不利于超导量子计算机的规模化发展；另一方面，量子放大器增益带宽积(GBP，Gain-BandwithProduct)较小，也就是说，对于同一量子放大器，GBP是确定的，如果需要得到较大的增益，那么其只能在更窄的带宽范围内工作，如果想要在更宽的带宽范围内工作，增益就会降低，否则会造成放大后的输入信号的失真。其中，GBP是带宽和增益的乘积，用于简单衡量放大器的性能的一个参数。
技术实现思路
本申请提供一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器，具有隔离功能和放大功能，体积小、热损耗低，有利于超导量子计算机的规模化发展。本专利技术实施例提供了一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器，包括：集成在一颗芯片上的一个以上环行器、一个以上量子放大器；其中，环行器为多端口的片上超导环行器，其中，一个输入端口，用于输入量子信息或者与相邻环行器的输出端口连接；一个输出端口，用于与相邻环行器的输入端口连接或者输出放大后的量子信息；剩余端口包括至少两个，用于连接负载；隔离器为二端口的器件，其中一个端口用于级联环行器或隔离器，其中一个端口用于作为片上量子放大器的一个输入/输出端口或者用于级联隔离器或环行器，隔离器用于对输入信号进行转换输出；其中，负载包括非反射型量子放大器或预设阻值的电阻，且至少一个负载为非反射型量子放大器。在一种示例性实例中，所述剩余端口包括两个端口；所述剩余端口中的一个端口和所述剩余端口中的另一个端口之间连接一个以上级联的非反射型量子放大器，用于对来自所述环行器的信号进行逐级放大后送回所述环行器。在一种示例性实例中，所述剩余端口包括两个端口；剩余端口中的一个端口连接一反射型量子放大器，剩余端口中的另一个端口连接一反射型量子放大器。在一种示例性实例中，所述剩余端口包括至少三个奇数个端口；其中，所述剩余端口包括的一对以上剩余端口中，每对剩余端口中的一个端口和该对剩余端口中的另一个端口之间连接一个以上级联的量子放大器，用于对来自所述环行器的信号进行逐级放大后送回所述环行器；其余的剩余端口连接所述电阻。在一种示例性实例中，所述剩余端口包括至少三个奇数个端口；其中，所述剩余端口包括的一对以上剩余端口中，一部分成对的剩余端口，每对剩余端口中的一个端口和该对剩余端口中的另一个端口之间连接一个以上级联的非反射型量子放大器，用于对来自所述环行器的信号进行逐级放大后送回所述环行器；另一部分成对的剩余端口，每对剩余端口中的一个端口连接一反射型量子放大器，另一个端口连接一反射型量子放大器；其余的剩余端口连接所述电阻。在一种示例性实例中，所述输出端口还连接一个以上级联的非反射型量子放大器，用于将所述输出端口输出的信号逐级放大后输出。在一种示例性实例中，所述环行器包括一个并连接有第一量子放大器和第二量子放大器两个非反射型量子放大器，所述剩余端口间连接第一量子放大器；所述输出端口连接第二量子放大器，所述隔离器包括第一隔离器和第二隔离器；所述第一隔离器的输入端口为所述片上量子放大器的输入端口，所述第一隔离器的输出端口连接所述环行器的输入端口；所述环行器的输出端口连接所述第二隔离器的输入端口，所述第二隔离器的输出端口为所述片上量子放大器的输出端口。在一种示例性实例中，所述环行器包括NC个四端口的片上超导环行器，所述非反射型量子放大器包括二的倍数个以上非反射型量子放大器，NC≥2；其中，所述环行器的剩余端口包括两个端口；所述剩余端口中的一个端口和所述剩余端口中的另一个端口之间连接第一量子放大器；所述环行器的输出端口连接第二量子放大器，第一量子放大器和第二量子放大器为所述非反射型量子放大器；第一环行器的输入端口为所述片上量子放大器的输入端口，第一环行器的输出端口与第二环行器的输入端口连接，第二环行器的输出端口与第三环行器的输入端口连接，…以此类推，第(NC-1)环行器的输出端口与第NC环行器的输入端口连接，第NC环行器的输出端口为所述片上量子放大器的输出端口。在一种示例性实例中，所述环形器之间还设置一个或多个所述隔离器。在一种示例性实例中，所述非反射型量子放大器为：行波参量放大器TWPA。在一种示例性实例中，当所述连接负载包括预设阻值的电阻时，所述预设阻值为50欧姆。在一种示例性实例中，所述隔离器由多端口的片上超导环行器构成；其中一个端口用于级联环行器或隔离器，其中一个端口用于作为片上量子放大器的一个输入/输出端口或者用于级联隔离器或环行器，剩余端口阻抗匹配负载，分别连接预设阻值的电阻。在一种示例性实例中，所述隔离器为三端口的片上超导环行器或四端口的片上超导环行器。本申请实施例提供的片上量子放大器为具有强隔离功能、环行功能和放大功能的两端口片上器件，体积小、耗散低，具有非互易性。本申请实施例提供的具有强隔离功能的片上量子放大器，不仅增加了放大器的增益带宽积，还具有强隔离功能，同时可取代HEMT，极大的降低了超导量子计算机及其测试系统的成本。本申请实施例提供的具有强隔离功能的片上量子放大器能与量子芯片直接相连，保护量子芯片免受后续电路的反作用干扰。基于本申请实施例提供的具有强隔离功能的片上量子放大器，不仅简化了超导量子测试系统，而且显著缩小了超导量子测试系统的体积，有利于超导量子计算机的规模化发展。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请实施例中片上量子放大器的组成结构示意图；图2(a)为本申请实施例中片上量子放大器的一种实施例的组成结构示意图；图2(b)为本申请实施例中片上量子放大器的另一种实施例的组成结构示意图；图2(c)为本申请实施例中片上量子放大器的又一种实施例的组成结构示意图；图2(d)为本申请实施例中片上量子放大器的再一种实施例的组成结构示意图；图3(a)为本申请实施例中一种四端口片上超导环行器构成的片上量子放大器的组成结构示意图；图3(b)为本申请实施例中另一种四端口片上超导环行器构成的片上量子放大器的组成结构示意图；图4(a)为本申请中一种片上量子放大器的实施例的组成结构示意图；图4(b)为本申请中另一种片上量子放大器的实施例的组成结构示意图；图5为本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器，包括：集成在一颗芯片上的一个以上环行器、一个以上量子放大器；其中，/n环行器为多端口的片上超导环行器，其中，一个输入端口，用于输入量子信息或者与相邻环行器的输出端口连接；一个输出端口，用于与相邻环行器的输入端口连接或者输出放大后的量子信息；剩余端口包括至少两个，用于连接负载；/n隔离器为二端口的器件，其中一个端口用于级联环行器或隔离器，其中一个端口用于作为片上量子放大器的一个输入/输出端口或者用于级联隔离器或环行器，隔离器用于对输入信号进行转换输出；/n其中，负载包括非反射型量子放大器或预设阻值的电阻，且至少一个负载为非反射型量子放大器。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有强隔离功能的片上非反射型量子放大器，包括：集成在一颗芯片上的一个以上环行器、一个以上量子放大器；其中，
环行器为多端口的片上超导环行器，其中，一个输入端口，用于输入量子信息或者与相邻环行器的输出端口连接；一个输出端口，用于与相邻环行器的输入端口连接或者输出放大后的量子信息；剩余端口包括至少两个，用于连接负载；
隔离器为二端口的器件，其中一个端口用于级联环行器或隔离器，其中一个端口用于作为片上量子放大器的一个输入/输出端口或者用于级联隔离器或环行器，隔离器用于对输入信号进行转换输出；
其中，负载包括非反射型量子放大器或预设阻值的电阻，且至少一个负载为非反射型量子放大器。


2.根据权利要求1所述的片上非反射型量子放大器，其中，所述剩余端口包括两个端口；
所述剩余端口中的一个端口和所述剩余端口中的另一个端口之间连接一个以上级联的非反射型量子放大器，用于对来自所述环行器的信号进行逐级放大后送回所述环行器。


3.根据权利要求1所述的片上非反射型量子放大器，其中，所述剩余端口包括两个端口；
剩余端口中的一个端口连接一反射型量子放大器，剩余端口中的另一个端口连接一反射型量子放大器。


4.根据权利要求1所述的片上非反射型量子放大器，其中，所述剩余端口包括至少三个奇数个端口；其中，
所述剩余端口包括的一对以上剩余端口中，每对剩余端口中的一个端口和该对剩余端口中的另一个端口之间连接一个以上级联的量子放大器，用于对来自所述环行器的信号进行逐级放大后送回所述环行器；其余的剩余端口连接所述电阻。


5.根据权利要求1所述的片上非反射型量子放大器，其中，所述剩余端口包括至少三个奇数个端口；其中，
所述剩余端口包括的一对以上剩余端口中，一部分成对的剩余端口，每对剩余端口中的一个端口和该对剩余端口中的另一个端口之间连接一个以上级联的非反射型量子放大器，用于对来自所述环行器的信号进行逐级放大后送回所述环行器；另一部分成对的剩余端口，每对剩余端口中的一个端口连接一反射型量子放大器，另一个端口连接一反射型量子放大器；其余的剩余端口连接所述电阻。


6.根据权利要求2～5任一项所述的片上非反射型量子放大器，所述输出端口还连接一个以上级联的非反射型量子放大器，用于将所述输出端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄汝田，何永成，何楷泳，耿霄，余晴，戴根婷，赵昌昊，刘建设，陈炜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11