一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质。本发明专利技术将两个可调的量子比特通过多模耦合谐振链路连接，其中：所述多模耦合谐振链路包括设定数量的谐振频率相同的谐振腔，所述谐振腔串联连接，两个所述量子比特分别耦合所述多模耦合谐振链路两端的所述谐振腔；通过所述多模耦合谐振链路任意非关断模式将两个所述量子比特连接，实现所述量子比特的信息传递和量子逻辑门操作的过程包括：固定一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与所述多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。完成两比特门操作。完成两比特门操作。

【技术实现步骤摘要】
一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质


[0001]本专利技术涉及双量子比特大范围可调耦合
，尤其涉及一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质。

技术介绍

[0002]在过去的十年里，量子计算机的实现技术取得了显著的进步，量子计算机在处理一些复杂的问题，例如，化学分子势分析、材料科学以及大数分解问题等等，表现出了超越经典计算机的能力。这种能力主要表现在对于资源的消耗和时间两个方面有极大的减少。
[0003]目前，超导量子计算机的芯片包含的量子比特数目能达到几百个，可以做一些简单的算法演示和量子模拟。超导量子计算机要想精确地实现这些操作，需要芯片中的单量子比特操作和双量子比特操作达到较高的保真度。目前在实验上单比特门操作的保真度可以达到99.99％，但是对于双量子比特门，却很难到这个水平。所以，双量子比特门操作的保真度是超导量子计算机主要限制。目前，有许多实验组已经提出利用可调的耦合器或者单一的Bus腔实现超过99％保真度的双量子比特门操作。利用单一的Bus腔实现的门操作受限于耦合强度使得门操作时间过长，降低计算效率。而应用可调耦合器来提高双量子比特门的操作保真度需要复杂电路控制控制双量子比特之间的可调耦合器，大规模电路应用时，由于空间有限，复杂的控制电路的引入容易造成互扰，因此，不利于大规模电路的实现。因此，需要提出一种耦合方案，在保证保真度的同时，具有电路结构和实现波形操控简便的特点，。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种双量子比特大范围可调耦合结构，包括：两个可调的量子比特，两个所述量子比特通过多模耦合谐振链路连接，其中：
[0006]所述多模耦合谐振链路包括设定数量的谐振腔，所述谐振腔串联连接，每个所述谐振腔的谐振频率相同，两个所述量子比特分别耦合所述多模耦合谐振链路两端的所述谐振腔；通过所述多模耦合谐振链路任意非关断模式将两个所述量子比特连接，实现所述量子比特的信息传递和量子逻辑门操作的过程包括：固定一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与所述多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。
[0007]更进一步地，所述谐振腔包括设置于芯片基板上的中心超导体和所述中心超导体两侧半无限大的地平面，所述中心超导体与两侧所述地平面之间距离相等，且所述中心超导体和所述地平面上方为真空。
[0008]更进一步地，设计所述中心超导体的宽度远大于所述中心超导体和所述地平面的
厚度，所述中心超导体与两侧所述地平面之间距离远小于所述基板的厚度，以使单位长度的电容和电感已知，通过设计设定长度来实现设定谐振频率的所述谐振腔。
[0009]更进一步地，可调的所述量子比特包括：两个并联的约瑟夫森结，并连的约瑟夫森结整体并联电容，所述量子比特通过耦合电容耦接XY控制线，所述量子比特耦接Z控制线。
[0010]更进一步地，所述Z控制线包括可调电流源，所述可调电流源串接保护电阻和互感线圈，所述互感线圈与所述量子比特中的两并联的约瑟夫森结互感。
[0011]更进一步地，所述XY控制线包括可调微波源，所述可调微波源连接电阻，所述电阻耦接所述耦合电容。
[0012]更进一步地，所述量子比特通过读出电容耦接量子读取腔和传输读取信号的读取馈线。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种双量子比特大范围可调耦合方法，应用于所述的双量子比特大范围可调耦合结构，包括：
[0014]固定所述双量子比特大范围可调耦合结构中一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与双量子比特大范围可调耦合结构中的多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。
[0015]更进一步地，基于耦合强度的需求选择所述多模耦合谐振链路的模式，其中，通过预设的非单一的耦合关断实现所述量子比特门的高保真。
[0016]第三方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被双量子比特大范围可调耦合结构中的控制电路执行时，实现所述的双量子比特大范围可调耦合方法。
[0017]本专利技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0018]本专利技术将两个可调的量子比特通过多模耦合谐振链路连接，其中：所述多模耦合谐振链路包括设定数量的谐振腔，所述谐振腔串联连接，每个所述谐振腔的谐振频率相同，两个所述量子比特分别耦合所述多模耦合谐振链路两端的所述谐振腔；通过所述多模耦合谐振链路任意非关断模式将两个所述量子比特连接，实现所述量子比特的信息传递和量子逻辑门操作的过程包括：固定一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与所述多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。使用多个串联的谐振腔实现双量子比特之间大范围的可调耦合，所述多模耦合谐振链路无需控制电路，形成的耦合方案对于电路结构和实验波形操控上来说具有简便的优势，有利于大规模电路的实现。除此之外，所形成的方案可以实现非单一的耦合关断点，能够提升单量子比特门操作的保真度。在延迟上，通过限制所述多模耦合谐振链路的谐振腔量，能够有效的避免延迟，在延迟和关断点量、延迟和可调范围之间寻求平衡。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的一种双量子比特大范围可调耦合结构的示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的可调的量子比特的示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的XY控制线的原理图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的Z控制线的原理图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的多模耦合谐振链路中的谐振腔的示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例提供的读取腔和读取馈线的示意图。
[0027]图中标号及含义如下：
[0028]1、谐振腔，11、芯片基板，12、中心超导体，13、地平面；
[0029]2、量子比特，21、约瑟夫森结，22、电容。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双量子比特大范围可调耦合结构，其特征在于，包括：两个可调的量子比特，两个所述量子比特通过多模耦合谐振链路连接，其中：所述多模耦合谐振链路包括设定数量的谐振腔，所述谐振腔串联连接，每个所述谐振腔的谐振频率相同，两个所述量子比特分别耦合所述多模耦合谐振链路两端的所述谐振腔；通过所述多模耦合谐振链路任意非关断模式将两个所述量子比特连接，实现所述量子比特的信息传递和量子逻辑门操作的过程包括：固定一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与所述多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。2.根据权利要求1所述的双量子比特大范围可调耦合结构，其特征在于，所述谐振腔包括设置于芯片基板上的中心超导体和所述中心超导体两侧半无限大的地平面，所述中心超导体与两侧所述地平面之间距离相等，且所述中心超导体和所述地平面上方为真空。3.根据权利要求2所述的双量子比特大范围可调耦合结构，其特征在于，设计所述中心超导体的宽度远大于所述中心超导体和所述地平面的厚度，所述中心超导体与两侧所述地平面之间距离远小于所述基板的厚度，以使单位长度的电容和电感已知，通过设计设定长度来实现设定谐振频率的所述谐振腔。4.根据权利要求1所述的双量子比特大范围可调耦合结构，其特征在于，可调的所述量子比特包括：两个并联的约瑟夫森结，并连的约瑟夫森结整体并联电容，所述量子比特通过耦合电容耦接XY控制线，所述量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，王辉，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：