超导量子信息处理芯片、超导量子处理器及超导量子计算机制造技术

本申请公开了一种超导量子信息处理芯片、超导量子处理器及超导量子计算机，包括N个超导量子比特构成的辅助比特，以及与辅助比特耦合的N/2个微波光子量子比特构成的数据比特，实现了超导量子比特和微波光子量子比特两种量子系统的结合。本申请实施例提供的超导量子信息处理芯片在控制线的控制下，将超导量子比特内的量子态信息交换传输至耦合的微波光子量子比特，这样的超导量子信息处理芯片既具备了超导量子比特高效的门操作速度，又具有了微波光子量子比特的长退相干时间，显著提高了超导量子信息处理芯片的整体性能。导量子信息处理芯片的整体性能。导量子信息处理芯片的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
超导量子信息处理芯片、超导量子处理器及超导量子计算机


[0001]本申请涉及但不限于量子计算
，尤指一种超导量子信息处理芯片、超导量子处理器及超导量子计算机。

技术介绍

[0002]在规模化量子计算机的发展进程中，各种量子比特体系都在不断的集成优化。分别以超导量子比特和光子量子比特为基础构建的两种量子处理器存在着各自明显的优劣势：
[0003]超导量子比特的实现基于低温下约瑟夫森结效应，其大规模集成的可行性高，而且对于信息的处理速度快，不过，超导量子比特的退相干时间短，难以在有效时间内完成复杂度较高的算法。光学平台上构建起的光子量子比特基于单光子态的获取或光子的偏振态，可以制备稳定的纠缠比特且具备较长的退相干时间，但是，通过光源衰减方式制备的单光子态仍偏属于相干态而非光子数态(Fock态)，且难以寻找符合条件的非线性光学介质材料实现所需的门操作。
[0004]这样看来，相关技术中的量子处理器很难提高超导量子信息处理芯片的整体性能。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种超导量子信息处理芯片、超导量子处理器及超导量子计算机，能够提高超导量子信息处理芯片的整体性能。
[0006]本专利技术实施例提供了一种超导量子信息处理芯片，包括：
[0007]N个超导量子比特构成的辅助比特，与辅助比特耦合的N/2个微波光子量子比特构成的数据比特；
[0008]用于读出N个超导量子比特的状态信息的读出线；
[0009]用于对N个超导量子比特进行控制的控制线，以使超导量子比特内的量子态信息交换传输至耦合的微波光子量子比特；
[0010]其中，N为偶整数，N≥4。
[0011]在一种示例性实例中，所述N个超导量子比特以环状依次排列，所述N个超导量子比特间通过N分支的轮辐状共面波导型总线相互连接；所述N/2个微波光子量子比特存在于N分支的轮辐状共面波导谐振器内，由腔内N/2种特定的谐振频率光子的光子数态构成微波光子量子比特的计算基矢态。
[0012]在一种示例性实例中，所述N/2种特定的谐振频率来源于所述N分支的轮辐状共面波导谐振器的分支长度设计。
[0013]在一种示例性实例中，一个所述微波光子量子比特分别通过两个所述耦合电容与两个所述超导量子比特耦合。
[0014]在一种示例性实例中，所述控制线包括：N条XY控制线和N条Z控制线，分别实现对
所述N个超导量子比特的控制。
[0015]在一种示例性实例中，所述N条XY控制线为对所述N个超导量子比特的状态在布洛赫球面上绕X轴或Y轴进行旋转的操作所需的微波控制线；
[0016]所述N条Z控制线为对所述N个超导量子比特的状态在布洛赫球面上绕Z轴进行旋转的操作所需的控制线。
[0017]在一种示例性实例中，所述控制线使超导量子比特内的量子态信息交换传输至耦合的微波光子量子比特用于：
[0018]所述超导量子比特内完成量子初态的制备，利用所述XY控制线和所述Z控制线调控所述超导量子比特，通过实光子量子态交换门操作使所述超导量子比特内的量子态信息交换传输至所述微波光子量子比特。
[0019]在一种示例性实例中，所述控制线还用于：需要量子操作时，利用所述XY控制线和所述Z控制线调控所述超导量子比特并由实光子量子态交换门操作实现二者之间的量子态的反向转换。
[0020]9、根据权利要求1所述超导量子信息处理芯片，其中，所述读出线包括N
r
条，1≤N
r
≤N，分别用于读出m组超导量子比特中包括的超导量子比特的状态信息，其中，N
r
＝N/m，m为与一条读出线耦合的一组超导量子比特的数量值，N
r
、m为整数。
[0021]在一种示例性实例中，所述Nr条读出线为耦合到所述N个超导量子比特的读出谐振腔的微波线，用于提供对所述超导量子比特测量的微波信号。
[0022]在一种示例性实例中，所述读出谐振腔为1/4波长读出谐振腔、和/或1/2波长读出谐振腔。
[0023]本申请实施例还提供一种超导量子处理器，包括上述任一项所述的超导量子信息处理芯片。
[0024]本申请实施例又提供一种超导量子计算机，包括上述任一项所述的超导量子信息处理芯片。
[0025]通过本申请实施例提供的超导量子信息处理芯片，包括N个超导量子比特构成的辅助比特，以及与辅助比特耦合的N/2个微波光子量子比特构成的数据比特，实现了超导量子比特和微波光子量子比特两种量子系统的结合。本申请实施例提供的超导量子信息处理芯片在控制线的控制下，将超导量子比特内的量子态信息交换传输至耦合的微波光子量子比特，这样的超导量子信息处理芯片既具备了超导量子比特高效的门操作速度，又具有了微波光子量子比特的长退相干时间，显著提高了超导量子信息处理芯片的整体性能。
[0026]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
[0027]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。
[0028]图1为本申请实施例中超导量子信息处理芯片的组成结构示意图；
[0029]图2为本申请实施例中微波光子量子比特与超导量子比特耦合示例图；
[0030]图3为本申请实施例中超导量子信息处理芯片一种实施例的示意图；
[0031]图4为本申请实施例中超导量子信息处理芯片实现两个量子系统间量子信息交换的量子线路实施例示意图；
[0032]图5为本申请实施例中以一个16超导量子比特的芯片结构为例的超导量子信息处理芯片实施例的示意图。
具体实施方式
[0033]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0034]本申请专利技术人发现，基于微波3D腔作为存储单元的实现方法采用光子的Fock态的叠加来进行量子比特态的编码，具有长退相干时间，但难以实现片上的规模化集成。
[0035]图1为本申请实施例中超导量子信息处理芯片的组成结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的超导量子信息处理芯片至少包括：
[0036]N个超导量子比特构成的辅助比特，与辅助比特耦合的N/2个微波光子量子比特构成的数据比特；
[0037]用于读出N个超导量子比特的状态信息的读出线；
[0038]用于对N个超导量子比特进行控制的控制线，以使状态为量子态的超导量子比特交换传输至耦合的微波光子量子比特；
[0039]其中，N为偶整数，N≥4。
[0040]本申请实施例提供的超导量子信息处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导量子信息处理芯片，包括：N个超导量子比特构成的辅助比特，与辅助比特耦合的N/2个微波光子量子比特构成的数据比特；用于读出N个超导量子比特的状态信息的读出线；用于对N个超导量子比特进行控制的控制线，以使超导量子比特内的量子态信息交换传输至耦合的微波光子量子比特；其中，N为偶整数，N≥4。2.根据权利要求1所述的超导量子信息处理芯片，其中，所述N个超导量子比特以环状依次排列，所述N个超导量子比特间通过N分支的轮辐状共面波导型总线相互连接；所述N/2个微波光子量子比特存在于N分支的轮辐状共面波导谐振器内，由腔内N/2种特定的谐振频率光子的光子数态构成微波光子量子比特的计算基矢态。3.根据权利要求2所述的超导量子信息处理芯片，其中，所述N/2种特定的谐振频率来源于所述N分支的轮辐状共面波导谐振器的分支长度设计。4.根据权利要求1所述的超导量子信息处理芯片，其中，一个所述微波光子量子比特分别通过两个所述耦合电容与两个所述超导量子比特耦合。5.根据权利要求1所述超导量子信息处理芯片，其中，所述控制线包括：N条XY控制线和N条Z控制线，分别实现对所述N个超导量子比特的控制；所述N条XY控制线为对所述N个超导量子比特的状态在布洛赫球面上绕X轴或Y轴进行旋转的操作所需的微波控制线；所述N条Z控制线为对所述N个超导量子比特的状态在布洛赫球面上...

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