一种量子芯片和量子计算机制造技术

本申请公开了一种量子芯片及其制备方法和量子计算机，属于量子信息领域。量子芯片包括：第一量子比特和第二量子比特；以及，与所述第一量子比特和所述第二量子比特均不共面的耦合结构，所述耦合结构的频率可调谐，且所述耦合结构的一端和所述第一量子比特耦合连接，另一端和所述第二量子比特耦合连接。制备方法包括：形成第一量子比特和第二量子比特；以及，形成与所述第一量子比特和所述第二量子比特均不共面的耦合结构，所述耦合结构的频率可调谐，且所述耦合结构的一端和所述第一量子比特耦合连接，另一端和所述第二量子比特耦合连接。由于耦合结构不占用量子比特所在的空间，因而有利于量子比特的集成扩展，提高了量子比特的集成扩展程度。特的集成扩展程度。特的集成扩展程度。

【技术实现步骤摘要】
一种量子芯片和量子计算机


[0001]本申请属于量子信息领域，尤其是量子计算
，特别地，本申请涉及一种量子芯片及其制备方法和量子计算机。

技术介绍

[0002]量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。
[0003]超导量子计算可以利用微纳加工技术将量子比特制备到衬底上，具有可集成、可扩展等优越性能。近年来超导量子计算得到了飞速发展，但有利于量子芯片进行集成扩展的结构形式亟待进一步优化。

技术实现思路

[0004]为了便于量子芯片进行集成扩展，本申请提供一种量子芯片及其制备方法和量子计算机，以解决现有技术中的不足。
[0005]本申请的一个方面提供了一种量子芯片，包括：第一量子比特和第二量子比特；以及，与所述第一量子比特和所述第二量子比特均不共面的耦合结构，所述耦合结构的频率可调谐，且所述耦合结构的一端和所述第一量子比特耦合连接，另一端和所述第二量子比特耦合连接。
[0006]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第一量子比特和所述第二量子比特位于第一表面，所述耦合结构位于第二表面，且所述第一表面和所述第二表面位于同一基底的相对面。
[0007]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述耦合结构包括：超导量子干涉装置；与所述超导量子干涉装置的一端连接的第一电容元件，且所述第一电容元件与所述第一量子比特电容性耦合；以及，与所述超导量子干涉装置的另一端连接的第二电容元件，且所述第二电容元件与所述第二量子比特电容性耦合。
[0008]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第一量子比特位于第一基底，所述第二量子比特位于第二基底，所述耦合结构位于第三基底，且所述第一基底、所述第二基底均和所述第三基底互连。
[0009]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第一基底和所述第二基底在所述第三基底的同一侧。
[0010]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第一基底和所述第二基底在所述第三基底的相对侧。
[0011]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述耦合结构包括：超导量子干涉装置；与所述超导量子干涉装置的一端连接的第一电容元件，且所述第一电容元件与所述第一量
子比特对置形成电容性耦合；以及，与所述超导量子干涉装置的另一端连接的第二电容元件，所述第二电容元件与所述第一电容元件形成于所述第三基底的相对侧，且所述第二电容元件与所述第二量子比特对置形成电容性耦合。
[0012]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第一量子比特和所述第二量子比特均包括具有非线性电感的约瑟夫森结，所述约瑟夫森结包括叠置的第一超导体、势垒层和第二超导体；且所述第一超导体和所述第二超导体间形成的等效电容与所述非线性电感形成非均匀的能级。
[0013]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第二超导体包括在所述势垒层上间隔设置的第一部分和第二部分，且所述第一部分和所述第二部分电连接。
[0014]如上所述的量子芯片，在一实施方式中，所述第一部分和所述第二部分通过空气桥实现电连接。
[0015]本申请的另一个方面提供了一种量子芯片的制备方法，包括以下步骤：形成第一量子比特和第二量子比特；以及，形成与所述第一量子比特和所述第二量子比特均不共面的耦合结构，所述耦合结构的频率可调谐，且所述耦合结构的一端和所述第一量子比特耦合连接，另一端和所述第二量子比特耦合连接。
[0016]如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述形成第一量子比特和第二量子比特的步骤包括形成第一量子比特于第一基底，并形成第二量子比特于第二基底；所述形成与所述第一量子比特和所述第二量子比特非共面的耦合结构的步骤包括形成耦合结构位于第三基底，且所述第一基底、所述第二基底均和所述第三基底互连。
[0017]如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述第一基底和所述第二基底在所述第三基底的同一侧。
[0018]如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述第一基底和所述第二基底在所述第三基底的相对侧。
[0019]本申请的第三个方面还提供了一种量子计算机，包括如上所述的量子芯片。
[0020]与相关技术相比，本申请提供的方案所涉及的量子芯片，频率可调谐的耦合结构与所述第一量子比特和所述第二量子比特非共面，且该耦合结构的一端和第一量子比特耦合连接，另一端和第二量子比特耦合连接，实现对第一量子比特和第二量子比特耦合作用强度的调控，由于耦合结构不占用量子比特所在的空间，因而有利于量子比特的集成扩展，提高了量子比特的集成扩展程度。
附图说明
[0021]图1为相关技术中量子芯片上排布的量子比特的结构示意图；
[0022]图2为本申请的第一个实施例提供的一种量子芯片的结构示意图；
[0023]图3为本申请的第二个实施例提供的一种量子芯片的结构示意图；
[0024]图4为本申请的第三个实施例提供的一种量子芯片的结构示意图；
[0025]图5为本申请的一个实施例提供的一种量子比特的结构示意图；
[0026]图6为本申请的一个实施例提供的一种量子芯片的制备方法的流程图。
[0027]附图标记说明：
[0028]1‑
基底，2
‑
量子比特，3
‑
耦合结构，4
‑
第一互连元件，5
‑
第二互连元件；
[0029]11
‑
第一基底，12
‑
第二基底，13
‑
第三基底；
[0030]21
‑
第一量子比特，22
‑
第二量子比特；
[0031]31
‑
超导量子干涉装置，32
‑
第一电容元件，33－第二电容元件；
[0032]201－约瑟夫森结，2011
‑
第一超导体，2012
‑
势垒层，2013
‑
第二超导体， 20131
‑
第一部分，20132
‑
第二部分，2014
‑
空气桥。
具体实施方式
[0033]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
[0034]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子芯片，其特征在于，包括：第一量子比特和第二量子比特；及与所述第一量子比特和所述第二量子比特均不共面的耦合结构，所述耦合结构的频率可调谐，且所述耦合结构的一端和所述第一量子比特耦合连接，另一端和所述第二量子比特耦合连接。2.根据权利要求1所述的量子芯片，其特征在于，所述第一量子比特和所述第二量子比特位于第一表面，所述耦合结构位于第二表面，且所述第一表面和所述第二表面位于同一基底的相对面。3.根据权利要求2所述的量子芯片，其特征在于，所述耦合结构包括：超导量子干涉装置；与所述超导量子干涉装置的一端连接的第一电容元件，且所述第一电容元件与所述第一量子比特电容性耦合；与所述超导量子干涉装置的另一端连接的第二电容元件，且所述第二电容元件与所述第二量子比特电容性耦合。4.根据权利要求1所述的量子芯片，其特征在于，所述第一量子比特位于第一基底，所述第二量子比特位于第二基底，所述耦合结构位于第三基底，且所述第一基底、所述第二基底均和所述第三基底互连。5.根据权利要求4所述的量子芯片，其特征在于，所述第一基底和所述第二基底在所述第三基底的同一侧。6.根据权利要求4所述的量子芯片，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇杰，曹振，付耀斌，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：