适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置及方法，装置包括：测量模块、读取模块以及微波开关片选模块；所述测量模块与读取模块、微波开关片选模块分别相连，所述读取模块与微波开关片选模块相连；测量模块：根据脉冲信号，获取用于激励量子芯片的测量信号；微波开关片选模块：将测量信号送至特定芯片的输入端口；根据测量信号，指定特定芯片做出响应，输出读取信号；读取模块：根据读取信号、数据采集信号，获取采集后读取信号；所述数据采集信号指导通过数据采集卡进行数据采集的行为。在受低温设备空间及制冷功率的限制及低温设备中可供使用的传输线缆数量有限的条件下，提高芯片测量效率。

A device and method for measuring and reading the state of a quantum computer chip

【技术实现步骤摘要】
适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置及方法
本专利技术涉及超导量子计算机芯片测量读取
，具体地，涉及适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置及方法。
技术介绍
量子计算是建立在量子力学叠加原理和量子纠缠特性基础上的一门极具发展潜力的新兴交叉学科。量子计算用量子态编码信息,按量子力学规律、根据算法要求操控、演化编码态,最后通过测量读取信息,最终实现量子信息处理任务。量子计算可以完成经典计算无法完成或者很难完成的计算任务,其潜在的巨大应用引发了近十几年来科学界对量子计算理论和实验的研究。目前,正在探索的可能实现量子计算机的物理系统有离子阱、腔量子电动力学(腔QED)、核磁共振、量子点、超导约瑟夫森结和线性光学等系统。超导约瑟夫森结量子计算因其在设计加工，规模化集成方面具有天然的优势，被认为是最有前途的方案之一。量子计算机的主要由量子芯片、调控测量读取系统、算法软件三部分组成。量子芯片是量子计算的核心，调控测量读取系统，是对量子芯片进行操控的实施，算法软件是量子计算解决具体问题的方式方法。量子比特有物理量子比特和逻辑量子比特之分。逻辑量子比特是用于计算的一个最小单元。而物理量子比特仅指具有量子效应的约瑟夫森结。例如50位量子比特的量子计算机是指50个逻辑量子比特的计算机，而非50个物理比特。目前国际上存在两种不同方案实现容错量子计算，第一种是表面码纠错，即用多个物理量子比特纠缠来实现一个逻辑量子比特，50个逻辑量子比特可能需要上千个物理量子比特，甚至数百万个量子比特集成来构建。另一种方式是实现非常高精度的量子门操作，在高精度的量子门操作情况下，50个物理量子比特的操作也可以实现超越超级计算机的算力。这种方式的前提条件是需要我们将量子门操作精度提升到单量子门99.99％，双量子门大于99.95％的精度。目前量子芯片的研发还处于探索阶段，设计方法和生产工艺均不成熟。特别是多量子比特的设计结果与试制结果有很大的差异。需要对试制的芯片进行测量，将测量结果反馈给设计进行改进设计。芯片测量需要在10mK的低温环境下进行，由于受低温设备空间及制冷功率的限制及低温设备中可供使用的传输线缆数量有限。如何在现有的条件下提高芯片测量效率成为测量工作的一重要个问题。专利文献109327190A公开了一种多量子比特调控读取装置，其特征在于，包括：用于调控量子比特的二次变频控制单元和用于量子比特读取的约瑟夫森参量放大器读取单元，其中，所述二次变频控制单元包括IQ脉冲信号源、第一本振信号源、第二本振信号源、第一混频器和第二混频器，所述IQ脉冲信号源产生两个相位相差90度的低频方波信号或低频高斯波信号，所述低频方波信号或所述低频高斯波信号通过所述第一混频器和所述第一本振源进行脉冲调制得到两个相位相差90度的低频信号脉冲，再通过第二混频器以及所述第二本振信号源进行二次频谱搬移得到高频脉冲信，该专利在受低温设备空间及制冷功率的限制及低温设备中可供使用的传输线缆数量有限的条件下，提高芯片测量效率上仍有完善的空间。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置及方法。根据本专利技术提供的适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置，包括：测量模块、读取模块以及微波开关片选模块；所述测量模块与读取模块、微波开关片选模块分别相连，所述读取模块与微波开关片选模块相连；测量模块：根据脉冲信号，获取用于激励量子芯片的测量信号；微波开关片选模块：将测量信号送至特定芯片的输入端口；根据测量信号，指定特定芯片做出响应，输出读取信号；读取模块：根据读取信号、数据采集信号，获取采集后读取信号；所述数据采集信号指导通过数据采集卡进行数据采集的行为。优选地，测量模块采用：任意波形发生器1，微波源6，调制器2以及滤波器3；测量模块包括：产生信号模块：任意波形发生器1产生脉冲信号；微波源6产生特定频率的微波信号；调制信号模块：根据脉冲信号、微波信号、调制行为参数，获取已调制信号；第一滤波模块：根据已调制信号、第一滤波行为参数，获取测量信号；所述调制行为参数指导调制器2将脉冲信号调制到微波信号上的行为；所述第一滤波行为参数指导第一滤波器3滤除在调制器非线性特性所产生的杂波信号的行为。优选地，微波开关片选模块采用：微波分路开关4、多个芯片的组合和微波合路开关5；微波开关片选模块包括：微波分路选通模块：利用微波分路开关4输出测量信号至特定芯片；微波合路选通模块：特定芯片经激励产生读取信号；利用微波合路开关5输出读取信号至读取模块。所述微波分路开关4微波合路开关5采用：SP6T的微波开关。优选地，读取模块采用：隔离器11、滤波器10、低噪声放大器9、解调器8、采集卡7和微波源6；所述读取模块包括：单向选通模块：根据读取信号，利用隔离器11将读取信号向负载方向传输，获取单向读取信号；第二滤波模块：根据单向读取信号、第二滤波行为参数，获取滤波后单向读取信号；放大模块：根据滤波后单向读取信号、放大信号参数，获取放大滤波后单向读取信号；解调模块：根据放大滤波后单向读取信号、解调行为参数，获取待采集读取信号；数据采集模块：根据待采集读取信号、数据采集参数，获取数据采集信号；所述第二滤波行为参数指导第二滤波器10滤除杂波信号的行为；所述放大信号参数指导放大器9对单向读取信号进行放大至特定信号幅度的行为；所述解调行为参数指导解调器8将已调信号中的调制信息解调出来，获取待采集读取信号的行为。优选地，测量模块、读取模块、微波开关片选模块间及各模块内部元器件间采用微波同轴线缆相连；微波同轴线缆采用6J40康铜漆包线。根据本专利技术提供的一种适用于多量子计算机芯片的位态测量读取方法，其特征在于，包括：测量步骤、读取步骤以及微波开关片选步骤；测量步骤：根据脉冲信号，获取用于激励量子芯片的测量信号；微波开关片选步骤：将测量信号送至特定芯片的输入端口；根据测量信号，指定特定芯片做出响应，输出读取信号；读取步骤：根据读取信号、数据采集信号，获取采集后读取信号；所述数据采集信号指导通过数据采集卡进行数据采集的行为。优选地，测量步骤包括：产生信号步骤：任意波形发生器1产生脉冲信号；微波源6产生特定频率的微波信号；调制信号步骤：根据脉冲信号、微波信号、调制行为参数，获取已调制信号；第一滤波步骤：根据已调制信号、第一滤波行为参数，获取测量信号；所述调制行为参数指导调制器2将脉冲信号调制到微波信号上的行为；所述第一滤波行为参数指导第一滤波器3滤除在调制器非线性特性所产生的杂波信号的行为。优选地，微波开关片选步骤包括：微波分路选通步骤：利用微波分路开关4输出测量信号至特定芯片；微波合路选通步骤：特定芯片经激励产生读取信号；利用微波合路开关5输出读取信号至读取步骤。所述微波分路开关4微波合路开关5采用：SP6T的微波开关。优选地，所述读取步骤包括：单向选通步骤：根据读取信号，利用隔离器11将读取信号向负载方向传输，获取单向读取信号；第二滤波步骤：根据单向读取信号、第二滤波行为参数，获取滤波后单向读取信号；放大步骤：根据滤波后单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置，其特征在于，包括：测量模块、读取模块以及微波开关片选模块；/n所述测量模块与读取模块、微波开关片选模块分别相连，所述读取模块与微波开关片选模块相连；/n测量模块：根据脉冲信号，获取用于激励量子芯片的测量信号；/n微波开关片选模块：将测量信号送至特定芯片的输入端口；/n根据测量信号，指定特定芯片做出响应，输出读取信号；/n读取模块：根据读取信号、数据采集信号，获取采集后读取信号；/n所述数据采集信号指导通过数据采集卡进行数据采集的行为。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置，其特征在于，包括：测量模块、读取模块以及微波开关片选模块；
所述测量模块与读取模块、微波开关片选模块分别相连，所述读取模块与微波开关片选模块相连；
测量模块：根据脉冲信号，获取用于激励量子芯片的测量信号；
微波开关片选模块：将测量信号送至特定芯片的输入端口；
根据测量信号，指定特定芯片做出响应，输出读取信号；
读取模块：根据读取信号、数据采集信号，获取采集后读取信号；
所述数据采集信号指导通过数据采集卡进行数据采集的行为。


2.根据权利要求1所述的适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置，其特征在于，测量模块采用：任意波形发生器(1)，微波源(6)，调制器(2)以及滤波器(3)；
测量模块包括：
产生信号模块：任意波形发生器(1)产生脉冲信号；
微波源(6)产生特定频率的微波信号；
调制信号模块：根据脉冲信号、微波信号、调制行为参数，获取已调制信号；
第一滤波模块：根据已调制信号、第一滤波行为参数，获取测量信号；
所述调制行为参数指导调制器(2)将脉冲信号调制到微波信号上的行为；
所述第一滤波行为参数指导第一滤波器(3)滤除在调制器非线性特性所产生的杂波信号的行为。


3.根据权利要求1所述的适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置，其特征在于，微波开关片选模块采用：微波分路开关(4)、多个芯片的组合和微波合路开关(5)；
微波开关片选模块包括：
微波分路选通模块：利用微波分路开关(4)输出测量信号至特定芯片；
微波合路选通模块：特定芯片经激励产生读取信号；
利用微波合路开关(5)输出读取信号至读取模块；
所述微波分路开关(4)微波合路开关(5)采用：SP6T的微波开关。


4.根据权利要求1所述的适用于多量子计算机芯片的位态测量读取装置，其特征在于，读取模块采用：隔离器(11)、滤波器(10)、低噪声放大器(9)、解调器(8)、采集卡(7)和微波源(6)；
所述读取模块包括：
单向选通模块：根据读取信号，利用隔离器(11)将读取信号向负载方向传输，获取单向读取信号；
第二滤波模块：根据单向读取信号、第二滤波行为参数，获取滤波后单向读取信号；
放大模块：根据滤波后单向读取信号、放大信号参数，获取放大滤波后单向读取信号；
解调模块：根据放大滤波后单向读取信号、解调行为参数，获取待采集读取信号；
数据采集模块：根据待采集读取信号，数据采集信号，获取采集后读取信号；
所述第二滤波行为参数指导第二滤波器(10)滤除杂波信号的行为；
所述放大信号参数指导放大器(9)对单向读取信号进行放大至特定信号幅度的行为；
所述解调行为参数指导解调器(8)将已调信号中的调制信息解调出来，获取待采集读取信号的行为。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭科选，周明，王乔，
申请(专利权)人：华东计算技术研究所中国电子科技集团公司第三十二研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31