二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法技术

一种二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法，其中二维可扩展超导量子比特结构，包括：超导量子比特芯片，所述超导量子比特芯片中包含二维分布且可扩展的多个量子比特；每个所述量子比特的电容部分具有二维分布的至少五个臂，每一量子比特中的所述至少五个臂中的两个臂分别用于与读取耦合线路连接、与控制线路连接，其余至少三个臂与相邻的量子比特通过耦合腔进行耦合。该结构便于进行二维扩展，并且适用于现有的倒装焊工艺或硅通孔技术与信号扇出板进行连接；在不具备或摆脱倒装焊和硅通孔工艺时，通过在所述超导量子比特芯片中非量子比特线路的位置制作多个孔，基于该孔引线键合至封装盒体或电路板，能够有效减少信号串扰。

Two dimensional scalable superconducting qubit structure and its cavity mode control method

【技术实现步骤摘要】
二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法
本公开属于量子计算
，涉及一种二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法。
技术介绍
超导量子计算利用超导量子比特量子态的叠加、纠缠等性质实现量子计算，超导量子比特可以利用微纳加工技术制作到芯片上，具有可集成、可扩展等优越性能。近年来超导量子计算得到了飞速发展，但对于一维链量子比特结构，每个比特仅与左右相邻的两个量子比特耦合，该结构有一定的局限性。实现很多量子模拟算法，例如二维伊辛模型、品格模拟、以及相变模拟等都需要二维的量子比特结构。另外，实现通用量子计算需要进行量子纠错，而现在有实现前景的纠错码方案，例如表层编码(surfacecode)，也需要二维排布的量子比特结构，二维量子比特结构也具有更好的可扩展性。随着量子比特数量的增加，会出现以下需要解决的问题：1、布线密度和线长增加，会带来不同比特之间的串扰，以及信号的衰减；2、在二维结构中，中间比特的控制线和读取线很难延伸到芯片边缘进行引线键合，控制信号和读取必须从芯片中央输入和输出；3、随着芯片的增大，样品盒的体积也增大，样品盒作为一个谐振腔产生的谐振模式可能与量子芯片产生耦合，从而影响芯片的性能；4、随着芯片的增大，如果采用传统的在芯片四周接地的方法，芯片中央接地不良，会产生一些杂散的谐振模式影响到量子比特的性能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案<br>根据本公开的一个方面，提供了一种二维可扩展超导量子比特结构，包括：超导量子比特芯片，所述超导量子比特芯片中包含二维分布且可扩展的多个量子比特；其中每个所述量子比特的电容部分具有二维分布的至少五个臂，每一量子比特中的所述至少五个臂中的两个臂分别用于与读取耦合线路连接、与控制线路连接，其余至少三个臂与相邻的量子比特通过耦合腔进行耦合。在本公开的一实施例中，所述量子比特具有单独的XY控制线和Z控制线，或者所述量子比特只具有XY控制线。在本公开的一实施例中，至少两个量子比特共用一路读取耦合线路。在本公开的一实施例中，所述二维分布的多个量子比特形成量子比特阵列。在本公开的一实施例中，所述量子比特中六个臂中相邻两个臂之间的夹角大于0°且小于等于180°。在本公开的一实施例中，在二维分布的多个量子比特中，有部分量子比特的臂的个数相等，有部分量子比特的臂的个数不相等；对于量子比特的臂的个数相等的情况，各个量子比特之间臂的分布形式为如下情况的一种：部分相同、完全相同或者完全不同。在本公开的一实施例中，所述量子比特阵列包括如下分布形式的一种或几种：蜂巢式排布、网格式分布、雪花式分布或者树状分布。根据本公开的另一个方面，提供了一种二维可扩展超导量子比特结构的腔模控制方法，利用倒装焊和硅通孔工艺，在所述超导量子比特芯片中非量子比特线路的位置形成立体引线结构，以进行信号的引出。根据本公开的又一个方面，提供了一种二维可扩展超导量子比特结构的腔模控制方法，在所述超导量子比特芯片中非量子比特线路的位置制作多个孔，所述量子比特的控制线路和读取耦合线路通过所述多个孔中的若干孔引线键合至封装盒体或电路板上。在本公开的一实施例中，相邻两个量子比特之间的控制线路从不同的孔引出进行键合。在本公开的一实施例中，所述多个孔呈阵列分布。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法，具有以下有益效果：(1)通过基于量子比特的电容部分设置的至少五个臂，其中有两个臂一个用于与读取耦合线路连接，另一个用于与控制线路连接，其余的至少三个臂用于分别与各个方向的相邻量子比特通过耦合腔进行耦合，即其余的臂中一条臂连接一个相邻的量子比特，通过上述扩展的方式实现每个量子比特与相邻量子比特的连接以及各个量子比特的信号读取和控制，上述至少五个臂分布的形式和量子比特的连接方式使得以每个量子比特为中心可以向二维方向进行扩展；此外，至少三个臂用于与相邻的量子比特进行连接，由于至少五个臂是在二维平面内的扩展分布，使得该结构便于进行二维扩展，并且适用于现有的倒装焊工艺或硅通孔技术(TSV)与信号扇出板进行连接；(2)上述二维可扩展超导量子比特结构从量子芯片中间可以通过切割孔阵列，倒装焊，TSV等方式进行信号的输入和引出，有效减少相邻量子比特信号之间的串扰；(3)通过提出二维可扩展超导量子比特结构的腔模控制方法，在不具备或摆脱倒装焊和TSV工艺时，可以通过在所述超导量子比特芯片中非量子比特线路的位置制作多个孔(比如激光切割的圆孔阵列)，所述量子比特的控制线路和读取耦合线路通过所述多个孔中的若干孔引线键合至宏观封装盒体或电路板上，可以缩短二维量子比特的布线长度，更好地实现芯片的接地，减小相邻比特间的串扰，压制样品盒的谐振模式，具有可扩展性，可以用于实现如纠错码、二维量子模拟等诸多量子计算方案，具有良好的应用前景。附图说明图1为根据本公开一实施例所示的二维可扩展超导量子比特结构的示意图。图2为根据本公开一实施例所示的量子比特电容部分具有的二维分布的六个臂的分布形式示意图。图3-图5为根据本公开一实施例所示的二维可扩展超导量子比特结构中各个量子比特之间通过不同的连接臂个数形成的阵列分布形式示意图。其中，图3为多个量子比特中各个量子比特之间进行连接的电容耦合臂为4个臂时示例的阵列分布形式；图4为多个量子比特中各个量子比特之间进行连接的电容耦合臂为3个臂时示例的阵列分布形式；图5为多个量子比特中各个量子比特之间进行连接的电容耦合臂为6个臂时示例的阵列分布形式。图6为根据本公开一实施例所示的量子比特阵列中每4个量子比特共用一路读取耦合线路的示意图。图7为根据本公开一实施例所示的二维可扩展超导量子比特结构的腔模控制方法示意图。【符号说明】1-量子比特；11-第一臂；12-第二臂；13-第三臂；14-第四臂；15-第五臂；16-第六臂；2-读取耦合线路；3-控制线路。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。第一实施例在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种二维可扩展超导量子比特结构。图1为根据本公开一实施例所示的二维可扩展超导量子比特结构的示意图。参照图1所示，本公开的二维可扩展超导量子比特结构，包括：超导量子比特芯片，所述超导量子比特芯片中包含二维分布且可扩展的多个量子比特；其中每个所述量子比特的电容部分具有二维分布的至少五个臂，每一量子比特中的所述至少五个臂中的两个臂分别用于与读取耦合线路连接、与控制线路连接，其余至少三个臂与相邻的量子比特通过耦合腔进行耦合。参照图1所示，本实施例中，以量子比特1的电容部分具有六个臂进行示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维可扩展超导量子比特结构，其特征在于，包括：/n超导量子比特芯片，所述超导量子比特芯片中包含二维分布且可扩展的多个量子比特；/n其中每个所述量子比特的电容部分具有二维分布的至少五个臂，每一量子比特中的所述至少五个臂中的两个臂分别用于与读取耦合线路连接、与控制线路连接，其余至少三个臂与相邻的量子比特通过耦合腔进行耦合。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维可扩展超导量子比特结构，其特征在于，包括：
超导量子比特芯片，所述超导量子比特芯片中包含二维分布且可扩展的多个量子比特；
其中每个所述量子比特的电容部分具有二维分布的至少五个臂，每一量子比特中的所述至少五个臂中的两个臂分别用于与读取耦合线路连接、与控制线路连接，其余至少三个臂与相邻的量子比特通过耦合腔进行耦合。


2.根据权利要求1所述的二维超导量子比特结构，其特征在于，所述量子比特具有单独的XY控制线和Z控制线，或者所述量子比特只具有XY控制线。


3.根据权利要求1所述的二维超导量子比特结构，其特征在于，至少两个量子比特共用一路读取耦合线路。


4.根据权利要求1所述的二维超导量子比特结构，其特征在于，所述二维分布的多个量子比特形成量子比特阵列。


5.根据权利要求1所述的二维超导量子比特结构，其特征在于，所述量子比特中六个臂中相邻两个臂之间的夹角大于0°且小于等于180°。


6.根据权利要求1所述的二维超导量子比特结构，其特征在于，在二维分布的多个量子比...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁福田，邓辉，龚明，吴玉林，彭承志，朱晓波，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34