一种量子比特调控线路、量子芯片及量子计算机制造技术

本发明专利技术公开了一种量子比特调控线路、量子芯片及量子计算机，涉及量子芯片控制领域，基于频段范围不同，外部的信号发生器只需一路控制通道即可将包括低频控制信息和/或高频控制信息的电信号通过第一合体控制线输出至控制匹配部；控制匹配部将包括高频控制信息的电信号与十字电容耦合，以使量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值，和/或，将包括低频控制信息的电信号与超导量子干涉仪之间耦合互感以形成磁场，以使量子比特的工作频率等于目标工作频率，在对外只需一路控制通道的情况下，配合控制匹配部实现了对于量子比特的驱动及频率的调控，减少的控制通道为测控通道的设置提供便利，利于量子芯片的走线设计及封装，利于集成化设计。利于集成化设计。利于集成化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种量子比特调控线路、量子芯片及量子计算机


[0001]本专利技术涉及量子芯片控制
，特别是涉及一种量子比特调控线路、量子芯片及量子计算机。

技术介绍

[0002]量子芯片是将量子比特及相关线路集成在基片上，进而承载量子信息处理的功能，通常一个量子芯片上包括多个量子比特。量子比特包括十字电容以及谐振腔，为了实现量子比特的驱动，现有技术中通常依靠两种用于控制的调控线路，第一种为微波信号的XY控制线(通常为同轴线形式)，第二种为磁通信号的Z控制线(通常为同轴线形式)，具体的，XY控制线为一路信号，通常设置在距离十字电容50微米左右的位置；Z控制线为另一路信号，通常设置在距离十字电容10微米以内的位置；请参照图1，图1为现有技术中一种量子芯片的结构示意图，其中以一个量子比特为例，图1中的稀释制冷机用于进行制冷处理，以保证量子芯片的温度符合极低温要求。可见，现有技术中，XY控制线及Z控制线分别占据两路控制通道实现对量子比特的驱动及频率调控，且受限于对于量子比特的驱动及频率调控的特殊要求，目前只能以占据两路输出通道的形式设计调控线路。
[0003]此外，请继续参照图1，实际应用中为了实现对于量子比特工作性能的测控，还需要额外设置一路测控通道，以连接低温测控仪器；综上可知，一个量子比特至少需要3路控制通道与外界连通以实现工作，借鉴于传统计算机的发展历程，应用量子芯片的量子计算机的研究在克服瓶颈技术之后，为了实现商品化及产业升级，不可避免地面临着集成化的问题。而在面临包括多个量子比特的量子芯片的集成化、规模化设计时，上述量子比特的调控线路布置方式占据了过多的控制通道，尤其是量子比特的数量很多时，不利于量子芯片的走线设计及封装，不利于集成化设计。
[0004]因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种量子比特调控线路、量子芯片及量子计算机，在对外只需一路控制通道的情况下，配合控制匹配部实现了对于量子比特的驱动及频率的调控，减少的控制通道为测控通道的设置提供便利，且利于量子芯片的走线设计及封装，利于集成化设计。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种量子比特调控线路，应用于量子芯片，所述量子芯片包括量子比特，所述量子比特包括十字电容及谐振腔，所述十字电容包括超导量子干涉仪，所述量子比特调控线路，包括：
[0007]第一合体控制线，分别与设于所述量子芯片外部的信号发生器的输出端及设于所述量子芯片内部的控制匹配部的第一端连接，用于将所述信号发生器输出的电信号输出至所述控制匹配部，所述电信号为包括低频控制信息和/或高频控制信息的电信号；
[0008]所述控制匹配部，第二端接地，用于将接收到的包括所述高频控制信息的电信号与所述十字电容耦合，以使所述量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值，和/或，将接收到的包括所述低频控制信息的电信号与所述超导量子干涉仪耦合互感以形成磁场，以使所述量子比特的工作频率等于目标工作频率。
[0009]优选的，当所述量子芯片为单层结构时；
[0010]所述量子比特及所述量子比特调控线路均位于同一层；
[0011]所述十字电容包括相互垂直的第一部及第二部，所述量子比特调控线路与所述谐振腔分设于所述相互垂直的第一部及第二部的对角位置。
[0012]优选的，所述控制匹配部，包括第一控制线路及第二控制线路；
[0013]所述第一控制线路的首端与所述十字电容的第一部相隔第一预设距离且与所述十字电容的第二部相隔第二预设距离，用于将接收到的包括所述高频控制信息的电信号与所述十字电容耦合，以使所述量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值；
[0014]所述第二控制线路的首端与所述第一部相隔第三预设距离且与所述第二部相隔第四预设距离，用于将接收到的包括所述低频控制信息的电信号与所述超导量子干涉仪耦合互感以形成磁场，以使所述量子比特的工作频率等于目标工作频率；
[0015]其中，所述第三预设距离小于所述第一预设距离，所述第二控制线路的尾端与所述第一控制线路的尾端连接且连接的公共端与所述第一合体控制线连接。
[0016]优选的，所述控制匹配部，包括：
[0017]第二合体控制线，第一端与所述第一合体控制线连接；所述第二合体控制线的第二端与所述十字电容的第一部相隔第五预设距离且与所述十字电容的第二部相隔第六预设距离；其中，所述第五预设距离及所述第六预设距离为满足电容调控条件的预设距离，所述电容调控条件为在接收到包括所述高频控制信息的电信号时使得所述量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值；
[0018]接地枝节，第一端与所述第二合体控制线的第二端连接，所述接地枝节的第二端接地，用于调控接收到的包括所述低频控制信息的电信号与所述超导量子干涉仪之间的耦合互感值，以使所述量子比特的工作频率等于目标工作频率。
[0019]优选的，所述接地枝节为带有至少一个直角的第一弯折枝节。
[0020]优选的，当所述量子芯片为双层结构时；
[0021]所述第一合体控制线及所述控制匹配部均位于所述量子芯片的第一层；
[0022]所述十字电容及所述谐振腔均位于所述量子芯片的第二层。
[0023]优选的，所述第一层与所述第二层之间相隔预设层间距；所述控制匹配部，包括：
[0024]第三合体控制线，第一端与所述第一合体控制线连接，所述第三合体控制线在所述第二层的投影的目标端与所述十字电容的第一部相隔第七预设距离，且所述目标端与所述十字电容的第二部相隔第八预设距离；其中，所述第七预设距离及所述第八预设距离为在存在所述预设层间距下满足电容调控条件的预设距离，所述电容调控条件为在接收到包括所述高频控制信息的电信号时使得所述量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值；
[0025]耦合面积放大组件，第一端与所述第三合体控制线的第二端连接，所述耦合面积放大组件的第二端接地，用于调控接收到的包括所述低频控制信息的电信号与所述超导量
子干涉仪之间的耦合互感值，以使所述量子比特的工作频率等于目标工作频率。
[0026]优选的，所述耦合面积放大组件为呈螺旋状的第四合体控制线。
[0027]优选的，所述耦合面积放大组件为带有至少一个直角的第二弯折枝节。
[0028]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种量子芯片，包括量子比特，还包括如上述所述的量子比特调控线路；其中，所述量子比特包括十字电容及谐振腔，所述十字电容包括超导量子干涉仪。
[0029]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种量子计算机，包括如上述所述的量子芯片。
[0030]本申请提供了一种量子比特调控线路、量子芯片及量子计算机，该量子比特调控线路包括第一合体控制线及控制匹配部，第一合体控制线分别与设于量子芯片外部的信号发生器的输出端及设于量子芯片内部的控制匹配部的第一端连接，由于频段范围不同，外部的信号发生器只需要一路控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子比特调控线路，其特征在于，应用于量子芯片，所述量子芯片包括量子比特，所述量子比特包括十字电容及谐振腔，所述十字电容包括超导量子干涉仪，所述量子比特调控线路，包括：第一合体控制线，分别与设于所述量子芯片外部的信号发生器的输出端及设于所述量子芯片内部的控制匹配部的第一端连接，用于将所述信号发生器输出的电信号输出至所述控制匹配部，所述电信号为包括低频控制信息和/或高频控制信息的电信号；所述控制匹配部，第二端接地，用于将接收到的包括所述高频控制信息的电信号与所述十字电容耦合，以使所述量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值，和/或，将接收到的包括所述低频控制信息的电信号与所述超导量子干涉仪耦合互感以形成磁场，以使所述量子比特的工作频率等于目标工作频率。2.如权利要求1所述的量子比特调控线路，其特征在于，当所述量子芯片为单层结构时；所述量子比特及所述量子比特调控线路均位于同一层；所述十字电容包括相互垂直的第一部及第二部，所述量子比特调控线路与所述谐振腔分设于所述相互垂直的第一部及第二部的对角位置。3.如权利要求2所述的量子比特调控线路，其特征在于，所述控制匹配部，包括第一控制线路及第二控制线路；所述第一控制线路的首端与所述十字电容的第一部相隔第一预设距离且与所述十字电容的第二部相隔第二预设距离，用于将接收到的包括所述高频控制信息的电信号与所述十字电容耦合，以使所述量子比特的等效耦合电容值等于目标耦合电容值；所述第二控制线路的首端与所述第一部相隔第三预设距离且与所述第二部相隔第四预设距离，用于将接收到的包括所述低频控制信息的电信号与所述超导量子干涉仪耦合互感以形成磁场，以使所述量子比特的工作频率等于目标工作频率；其中，所述第三预设距离小于所述第一预设距离，所述第二控制线路的尾端与所述第一控制线路的尾端连接且连接的公共端与所述第一合体控制线连接。4.如权利要求2所述的量子比特调控线路，其特征在于，所述控制匹配部，包括：第二合体控制线，第一端与所述第一合体控制线连接；所述第二合体控制线的第二端与所述十字电容的第一部相隔第五预设距离且与所述十字电容的第二部相隔第六预设距离；其中，所述第五预设距离及所述第六预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑泽阳，杨晖，卢保军，
申请(专利权)人：量子科技长三角产业创新中心，
类型：发明
国别省市：