等效临界电流和量子比特频率的确定方法技术

本申请公开了一种等效临界电流的确定方法、一种量子比特频率的确定方法，属于量子计算技术领域。所述方法包括：在所述并联结构中确定一个约瑟夫森结作为第一约瑟夫森结，并确定一个相邻的约瑟夫森结作为第二约瑟夫森结；确定第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结并联形成的超导量子干涉装置的临界电流；判断是否包含与超导量子干涉装置相邻的约瑟夫森结；若是，则将超导量子干涉装置作为第一约瑟夫森结并返回确定一个相邻的约瑟夫森结作为第二约瑟夫森结的步骤；若否，则将超导量子干涉装置的临界电流确定为等效临界电流。基于本申请的方案可以确定由多个约瑟夫森结彼此并联形成的并联结构的临界电流。的并联结构的临界电流。的并联结构的临界电流。

【技术实现步骤摘要】
等效临界电流和量子比特频率的确定方法


[0001]本申请属于量子信息领域，尤其是量子计算
，特别地，本申请涉及一种等效临界电流的确定方法、一种量子比特频率的确定方法。

技术介绍

[0002]约瑟夫森结(Josephson Junction)是一个由两个超导体中间隔绝一个薄的绝缘层形成的三层结构。当中间绝缘层薄到能明显体现出库珀对的量子遂穿效应时，约瑟夫森结就能体现出一些不同于一般超导体或是绝缘体所展现的行为。对于这种超导体－绝缘体－超导体(SIS)约瑟夫森结，最大允许的超电流是临界电流，当通过约瑟夫森结的电流小于临界电流时，约瑟夫森结表现出来的结果与一般器件不同，当电流大于临界电流时，约瑟夫森结表现出来的结果与一般电阻类似。
[0003]量子比特是利用电容和具有非线性电感特性的约瑟夫森结构成的二能级系统，确定与电容并联约瑟夫森结的临界电流是确定量子比特的频率的关键环节，然而对于由多个约瑟夫森结彼此并联形成的并联结构，如何确定该并联结构的临界电流亟待解决。
专利技术创造内容
[0004]本申请的目的是提供一种并联结构的等效临界电流的确定方法、一种量子比特频率的确定方法，以解决现有技术中无法确定由多个约瑟夫森结彼此并联形成的并联结构的临界电流的问题。
[0005]本申请的一个实施例提供了一种等效临界电流确定方法，应用于包括多个约瑟夫森结的并联结构，所述约瑟夫森结依次排布且相互并联，所述方法包括以下步骤：
[0006]在所述并联结构中确定一个约瑟夫森结为第一约瑟夫森结，确定一个与所述第一约瑟夫森结相邻的约瑟夫森结为第二约瑟夫森结；
[0007]将并联的第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结作为超导量子干涉装置，并确定超导量子干涉装置的临界电流；
[0008]判断所述并联结构中是否包含与超导量子干涉装置相邻的约瑟夫森结；
[0009]若是，则将超导量子干涉装置作为第一约瑟夫森结并返回所述确定一个与所述第一约瑟夫森结相邻的约瑟夫森结为第二约瑟夫森结的步骤；若否，则将超导量子干涉装置的临界电流确定为所述并联结构的等效临界电流。
[0010]如上所述的等效临界电流确定方法，在一些实施方式中，所述确定超导量子干涉装置的临界电流的步骤，包括：
[0011]获取第一约瑟夫森结的临界电流及第二约瑟夫森结的临界电流，及通过第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结的围合区域的磁通量；
[0012]根据第一约瑟夫森结的临界电流、第二约瑟夫森结的临界电流及磁通量计算获得超导量子干涉装置的临界电流。
[0013]如上所述的等效临界电流确定方法，在一些实施方式中，超导量子干涉装置的临
界电流满足：
[0014][0015]式中：I
a
为第一约瑟夫森结的临界电流，I
b
为第二约瑟夫森结的临界电流，为磁通量，称为磁通量子，取
[0016]如上所述的等效临界电流确定方法，在一些实施方式中，所述并联结构中各约瑟夫森结的临界电流根据经验值与约瑟夫森结的常温电阻的比值确定。示例性的，该经验值为230uV。
[0017]如上所述的等效临界电流确定方法，在一些实施方式中，所述并联结构中各约瑟夫森结的临界电流根据如下公式确定：
[0018][0019]其中，R为约瑟夫森结的常温电阻，e为元电荷，Δ为超导能隙。
[0020]如上所述的等效临界电流确定方法，在一些实施方式中，所述并联结构中约瑟夫森结的数量至少为3个。示例性的，所述并联结构中各约瑟夫森结的临界电流不相同。
[0021]本申请的另一个实施例提供了一种量子比特频率的确定方法，其特征在于，所述量子比特包括电容及如上所述并联结构，所述并联结构与所述电容并联，所述频率确定方法包括：
[0022]获取电容的充电能量；
[0023]根据所述等效临界电流确定所述并联结构中的约瑟夫森结能量其中：I
c0
为等效临界电流，为磁通量子；
[0024]将量子比特频率确定为其中，E
J
为约瑟夫森结能量，E
c
为电容的充电能量，h为普朗克常数。
[0025]针对由多个约瑟夫森结彼此并联形成的并联结构，本申请通过先在所述并联结构中确定一个约瑟夫森结作为第一约瑟夫森结，再确定一个与所述第一约瑟夫森结相邻的约瑟夫森结作为第二约瑟夫森结；然后将并联的第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结作为超导量子干涉装置，并确定超导量子干涉装置的临界电流；再判断所述并联结构中是否包含与超导量子干涉装置相邻的约瑟夫森结，若判断为是，则将超导量子干涉装置作为第一约瑟夫森结并返回所述确定一个与所述第一约瑟夫森结相邻的约瑟夫森结作为第二约瑟夫森结的步骤，若判断为否，则将超导量子干涉装置的临界电流确定为所述并联结构的等效临界电流，从而实现了该并联结构的临界电流的确定，解决了现有技术中无法确定由多个约瑟夫森结彼此并联形成的并联结构的临界电流的问题。
附图说明
[0026]图1为本申请提供的一种并联结构的示意图；
[0027]图2为本申请提供的一种等效临界电流确定方法的流程示意图；
[0028]图3为本申请提供的一种量子比特的结构的示意图。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]量子比特为一个遵循量子力学规律的二能级系统，可以处于0和1的任意叠加状态，是量子计算的基本单元。超导物理体系的量子比特通常基于约瑟夫森结(Josephsonjunction，JJ)构建，约瑟夫森结是通过弱链接耦合的两个超导体，例如由薄的绝缘阻挡层耦合的两个超导体。约瑟夫森结可以通过超导电极之间的绝缘隧道势垒(例如Al2O3)制造，对于这种超导体
‑
绝缘体
‑
超导体(SIS)约瑟夫森结，最大允许的超导电流是临界电流I
c
，约瑟夫森能量E
j
＝I
c
Φ0/2π(其中，Φ0是磁通量子)。临界电流I
c
由JJ面积和绝缘体厚度确定并通过样品制造固定。
[0031]Transmon量子比特通常采用具有临界电流I
c1
的单约瑟夫森结。而临界电流可调谐的量子比特在量子计算领域较有应用优势，其原因在于可以借助于外部磁场来调谐E
j
，外部磁场可以降低约瑟夫森结能量和充电能量的比率，从而引入对电荷噪声的敏感性，量子比特工作时的频率可调制在频率最大点(Sweet point)，该点对外界磁通噪声不敏感，通常有比较高的退相干时间。
[0032]如果要使临界电流可调，则采用在超导量子干涉装置(Squid)环路中使用具有临界电流I
c2
和I
c3
的一对约瑟夫森结的方案,并通过外部场传输线调整环路中的磁通量，对所组合的结的临界电流在I
c2
、I
c3<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等效临界电流确定方法，应用于包括多个约瑟夫森结的并联结构，所述约瑟夫森结依次排布且相互并联，其特征在于，所述方法包括：在所述并联结构中确定一个约瑟夫森结为第一约瑟夫森结；确定一个与所述第一约瑟夫森结相邻的约瑟夫森结为第二约瑟夫森结；将并联的第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结作为超导量子干涉装置，并确定超导量子干涉装置的临界电流；判断所述并联结构中是否包含与超导量子干涉装置相邻的约瑟夫森结；若是，则将超导量子干涉装置作为第一约瑟夫森结并返回所述确定一个与所述第一约瑟夫森结相邻的约瑟夫森结为第二约瑟夫森结的步骤；若否，则将超导量子干涉装置的临界电流确定为所述并联结构的等效临界电流。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述确定超导量子干涉装置的临界电流的步骤，包括：获取第一约瑟夫森结的临界电流及第二约瑟夫森结的临界电流，及通过第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结的围合区域的磁通量；根据第一约瑟夫森结的临界电流、第二约瑟夫森结的临界电流及磁通量计算获得超导量子干涉装置的临界电流。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，超导量子干涉装置的临界电流满足：式中：I
a
为第一约瑟夫森结的临界电流，I

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：