超导量子计算系统和量子比特操控方法技术方案

本申请提供超导量子计算系统和量子比特操控方法。该系统包括控制电路和超导量子芯片，超导量子芯片包括至少两个连通区和第一中心交换区，其中，每个连通区包括第一悬挂超导比特和至少一个第一超导比特；第一中心交换区包括第一悬挂超导比特，用于传递不同连通区中的超导比特之间的量子操作；控制电路用于控制第一悬挂超导比特与第一超导比特的耦合强度。因此，通过控制第一悬挂超导比特与第一超导比特之间的耦合强度，能够有助于孤立出单个连通区，或中心交换区，从而有效的分割出子空间，不同连通区之间的两比特门操控可以通过中心交换区过渡，因此本申请实施例能够在大规模超导量子计算芯片上实现通用量子计算所需的各种量子操控。量子操控。量子操控。

【技术实现步骤摘要】
超导量子计算系统和量子比特操控方法


[0001]本申请涉及计算机领域，并且更具体的，涉及一种超导量子计算系统和量子比特操控方法。

技术介绍

[0002]量子计算不仅可以用来研究量子力学基本问题，同时具有潜在的强大的解决特定问题的能力，近年来吸引了研究者广泛的关注。在各种量子计算方案中，超导量子计算由于其易于操控和扩展等优点成为最有希望实现量子计算的途径之一。超导量子计算是基于超导电路的量子计算方案，其核心器件是超导约瑟夫森结。超导量子电路在设计，制备和测量等方面与现有的集成电路技术具有较高的兼容性，对量子比特的能级与耦合可以实现非常灵活的设计与控制，极具规模化的潜力。由于近年来的迅速发展，超导量子计算成为目前最有希望实现通用量子计算的候选方案之一。
[0003]超导芯片上的量子比特(Quantum bit，Qubit)是量子态的载体，携带量子信息。Qubit在低温环境下(10mk)会体现出量子特性，可以将其能级基态和第一激发态编码成|0>态和|1>态，对应经典计算机中比特(bit)所处的0和1态，从而可编码为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导量子计算系统，其特征在于，包括控制电路和超导量子芯片，所述超导量子芯片包括至少两个连通区和第一中心交换区，其中，所述至少两个连通区中的每个连通区包括第一悬挂超导比特和至少一个第一超导比特，其中，所述第一悬挂超导比特与至少一个所述第一超导比特耦合；所述第一中心交换区包括所述每个连通区中的所述第一悬挂超导比特，用于传递不同连通区中的超导比特之间的量子操作；所述控制电路用于控制所述每个连通区中的所述第一悬挂超导比特与至少一个所述第一超导比特的耦合强度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一中心交换区还包括一个第一中心超导比特，其中，所述第一中心超导比特与所述每个连通区的所述第一悬挂超导比特耦合；所述控制电路还用于控制所述第一中心超导比特与所述第一悬挂超导比特的耦合强度。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少两个连通区中包括第一连通区；所述控制电路还用于控制所述第一连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度小于第一预设值，并发送第一脉冲波形，所述第一脉冲波形用于对所述第一连通区中的超导比特进行量子操作。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述控制电路还用于控制所述每个连通区的所述第一悬挂超导比特与和其耦合的第一超导比特的耦合强度小于第一预设值，并发送第二脉冲波形，所述第二脉冲波形用于对所述第一中心交换区中的超导比特进行量子操作。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少两个连通区中包括第二连通区和第三连通区，所述控制电路还用于控制所述第二连通区中的第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度小于第一预设值，控制所述第二连通区中的第一悬挂超导比特与耦合的第一超导比特的耦合强度大于第二预设值，并发送第三脉冲波形，所述第三脉冲波形用于对所述第二连通区中的一个所述第一超导比特和所述第二连通区中的所述第一悬挂超导比特进行两比特操作；控制所述第二连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度大于所述第二预设值，所述第三连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度大于所述第二预设值，所述每个连通区的所述第一悬挂超导比特与和其耦合的第一超导比特的耦合强度小于所述第一预设值，并发送第四脉冲波形，所述第四脉冲波形用于对所述第一中心交换区中的所述第二连通区的所述第一悬挂超导比特和所述第三连通区的所述第一悬挂超导比特进行两比特操作；控制所述第三连通区的所述第一悬挂超导比特与和其耦合的第一超导比特的耦合强度大于所述第二预设值，所述第三连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度小于所述第一预设值，并发送第五脉冲波形，所述第五脉冲波形用于对所述第三连通区中的一个所述第一超导比特与所述第三连通区中的所述第一悬挂超导比特进行两比特操作。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述控制电路还用于控制所述第三连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度大于所述第二预设值，控制所述每个连通区的所述第一悬挂超导比特与和其耦合的第一超导比特的耦合强度小于所述第一预设值，并发送第六脉冲波形，所述第六脉冲波形用于对所述第一中心交换区中的所述第三连通区的所述第一悬挂超导比特进行复位操作；控制所述第二连通区的所述第一悬挂超导比特与所述第二连通区中和其耦合的第一超导比特的耦合强度大于所述第二预设值，控制所述第二连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度小于所述第一预设值，并发送第七脉冲波形，所述第七脉冲波形用于对所述第二连通区中的所述第一悬挂超导比特进行复位操作。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述每个连通区中的第一悬挂超导比特为同一个超导比特。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少两个连通区中包括第四连通区，所述控制电路还用于控制所述第一悬挂超导比特与所述至少两个连通区中除所述第四连通区之外的其他连通区中和其耦合的第一超导比特的耦合强度小于第一预设值，并发送第八脉冲波形，所述第八脉冲波形用于对所述第四连通区中的超导比特进行量子操作。9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制电路还用于控制所述第一悬挂超导比特与和其耦合的第一超导比特的耦合强度小于第一预设值，并发送第九脉冲波形，所述第九脉冲波形用于对所述第一悬挂超导比特进行单比特量子操作。10.根据权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，所述第一悬挂超导比特与其所在的连通区内的一个第一超导比特耦合。11.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，所述第一中心交换区的数量为至少两个；所述超导量子芯片还包括第二中心交换区，所述第二中心交换区包括至少两个第二悬挂超导比特和一个第二中心超导比特，所述至少两个第二悬挂超导比特与所述至少两个第一中心交换区一一对应，所述第二中心超导比特与每个所述第二悬挂超导比特耦合，每个所述第二悬挂超导比特与所述每个第二悬挂超导比特所对应的第一中心交换区中的至少一个超导比特耦合；所述控制电路还用于控制所述第二中心超导比特与每个所述第二悬挂超导比特的耦合强度，以及每个所述第二悬挂超导比特与所述第二悬挂超导比特所对应的第一中心交换区中的超导比特的耦合强度。12.根据权利要求1-11任一项所述的系统，其特征在于，所述第一中心交换区的数量为至少两个；所述超导量子芯片还包括第三中心交换区，所述第三中心交换区包括一个第三中心超导比特，所述第三中心超导比特与每个所述第一中心交换区中的至少一个超导比特耦合；所述控制电路还用于控制所述第三中心超导比特与每个所述第一中心交换区的至少一个超导比特的耦合强度。13.根据权利要求1-12任一项所述的系统，其特征在于，所述每个连通区中包括的总的超导比特的个数小于或等于N，所述第一中心交换区中包括的总的超导比特的个数小于或
等于N，其中，N表示有效数值求解的量子系统的最大维度，N为正整数。14.一种量子比特操控方法，其特征在于，应用于超导量子计算系统，所述超导量子计算系统包括控制电路和超导量子芯片，所述超导量子芯片包括至少两个连通区和第一中心交换区，其中，所述至少两个连通区中的每个连通区包括第一悬挂超导比特和至少一个第一超导比特，其中，所述第一悬挂超导比特与至少一个所述第一超导比特耦合；所述第一中心交换区包括所述每个连通区中的所述第一悬挂超导比特，用于传递不同连通区中的超导比特之间的量子操作；所述方法包括：所述控制电路控制所述每个连通区中的所述第一悬挂超导比特与至少一个所述第一超导比特的耦合强度，获取第一子空间，其中，所述第一子空间为所述连通区或所述第一中心交换区；所述控制电路向所述超导量子芯片发送脉冲波形，所述脉冲波形用于对所述第一子空间中的超导比特进行量子操作。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一中心交换区还包括一个第一中心超导比特，其中，所述第一中心超导比特与所述每个连通区的所述第一悬挂超导比特耦合。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制电路控制所述每个连通区中的所述第一悬挂超导比特与至少一个所述第一超导比特的耦合强度，获取第一子空间，包括：所述控制电路控制第一连通区中的所述第一悬挂超导比特与所述第一中心超导比特的耦合强度小于第一预设值，获取所述第一子空间，其中，所述第一子空间为所述第一连通区；其中，所述控制电路向所述超导量子芯片发送脉冲波形，所述脉冲波形用于对所述第一子空间中的超导比特进行量子操作，包括：所述控制电路向所述超导量子芯片发送第一脉冲波形，所述第一脉冲波形用于对所述第一连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘健，赵鹏，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：