一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机制造技术

本申请公开了一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机，涉及量子计算领域。具体实现方案为：一种超导电路结构，包括：至少三个计算量子比特；总线量子比特，与计算量子比特进行连接，其中，通过所述总线量子比特连接的任意两个计算量子比特之间产生等效耦合；耦合量子比特，设置于计算量子比特和总线量子比特之间，将计算量子比特与总线量子比特进行连接，用于调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度；能够实现任意两计算量子比特之间的耦合，进而实现任意两计算量子比特间的量子门操作，同时又可以有效地抑制计算量子比特间的串扰。

A superconducting circuit structure, superconducting quantum chip and superconducting quantum computer

【技术实现步骤摘要】
一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机
本申请涉及计算机领域，尤其涉及量子计算领域。
技术介绍
量子计算，作为一种有望在某些问题上超越经典计算的新型计算模式，有多种潜在的硬件实现方式。目前，比较热门且已具有一定性能的量子硬件候选者主要有离子阱平台和超导电路平台。受益于成熟的半导体集成电路互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)技术，超导电路平台因具有更好的可扩展性而得到工业界的青睐。近日，Google在53个超导量子比特的芯片上实现了量子霸权。尽管如此，不可忽略的一点是，超导电路平台中量子比特间的连通性并不好，量子比特只能与相邻的量子比特耦合。受此限制，两量子比特门只能在相邻量子比特间实现，但是，在很多实际任务中，不仅需要相邻量子比特之间的耦合，而且还需要非相邻量子比特之间的耦合，即很多实际任务中需要实现任意两量子比特间的量子门操作。因此，亟需一种超导电路结构，在超导电路平台中能够实现非相邻量子比特间的操作，同时又可以有效地抑制量子比特间的串扰。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机，能够实现任意两计算量子比特之间的耦合，进而实现任意两计算量子比特间的量子门操作，同时又可以有效地抑制计算量子比特间的串扰。第一方面，本专利技术实施例提供了一种超导电路结构，包括：至少三个计算量子比特；总线量子比特，与计算量子比特进行连接，其中，通过总线量子比特连接的任意两个计算量子比特之间产生等效耦合；耦合量子比特，设置于计算量子比特和总线量子比特之间，将计算量子比特与总线量子比特进行连接，用于调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度。本申请实施例中，由于引入了总线量子比特，利用总线量子比特间接将各计算量子比特进行耦合，如此，实现了任意两计算量子比特之间的耦合，实现了计算量子比特的全连通，进而为实现任意两计算量子比特间的量子门操作奠定了基础；又由于本申请实施例引入了耦合量子比特，且耦合量子比特设置于总线量子比特和计算量子比特之间，如此，可以利用耦合量子比特来调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度，甚至利用耦合量子比特可以关掉任意两计算量子比特之间的耦合，因此，有效避免了计算量子比特之间发生串扰。综上，本申请实施例为在超导电路平台中能够实现非相邻量子比特间的操作，同时又可以有效地抑制计算量子比特间的串扰提供了解决方案。在一种实施方式中，计算量子比特、总线量子比特以及耦合量子比特具有相同或者不相同的电路结构。本申请实施例中，为了最小化引入不同类型的器件，计算量子比特、总线量子比特以及耦合量子比特可以具有相同的结构，比如具有相同的量子比特结构，当然，为了实际功能需求或其他需要，计算量子比特、总线量子比特以及耦合量子比特三者的结构也可以不相同，如此，为工程化应用奠定了基础。在一种实施方式中，总线量子比特为谐振器。在一种实施方式中，总线量子比特包括超导量子干涉装置；和/或，计算量子比特包括超导量子干涉装置；和/或，耦合量子比特包括超导量子干涉装置。在一种实施方式中，超导量子干涉装置包括并联的两个约瑟夫森结。本申请实施例中，通过流过超导量子干涉装置中约瑟夫森结链的电流产生的磁场，即可改变穿过计算量子比特或总线量子比特或者耦合量子比特的磁通，进而改变计算量子比特或总线量子比特或耦合量子比特的频率，实现计算量子比特与总线量子比特、耦合量子比特之间的耦合，如此，为实现任意两计算量子比特之间的耦合奠定了基础。在一种实施方式中，总线量子比特还包括第一降噪结构，用于对总线量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪；和/或，计算量子比特还包括第二降噪结构，用于对计算量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪；和/或，耦合量子比特还包括第三降噪结构，用于对耦合量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪。在一种实施方式中，总线量子比特还包括与超导量子干涉装置并联的电容器，用于对总线量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪；和/或，计算量子比特还包括与超导量子干涉装置并联的电容器，用于对计算量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪；和/或，耦合量子比特还包括与超导量子干涉装置并联的电容器，用于对耦合量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪。在一种实施方式中，超导电路结构还包括：第一连接件、第二连接件和第三连接件；其中，总线量子比特的第一端通过第一连接件与计算量子比特的第一端连接，总线量子比特的第二端通过第二连接件与耦合量子比特的第一端连接；计算量子比特的第二端通过第三连接件与耦合量子比特的第二端连接。在一种实施方式中，第一连接件、第二连接件和第三连接件为以下器件的其中一种：电容器、约瑟夫森结、谐振器；其中，第一连接件、第二连接件和第三连接件所选用的器件相同或者不相同。第二方面，本专利技术实施例提供了一种超导量子芯片，超导量子芯片上至少形成有超导电路结构，超导电路结构包括：至少三个计算量子比特；总线量子比特，与计算量子比特进行连接，其中，通过总线量子比特连接的任意两个计算量子比特之间产生等效耦合；耦合量子比特，设置于计算量子比特和总线量子比特之间，将计算量子比特与总线量子比特进行连接，用于调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度。第三方面，本专利技术实施例提供了一种超导量子计算机，至少设置有超导量子芯片以及与超导量子芯片连接的操控和读取装置；其中，超导量子芯片上至少形成有超导电路结构，超导电路结构包括：至少三个计算量子比特；总线量子比特，与计算量子比特进行连接，其中，通过总线量子比特连接的任意两个计算量子比特之间产生等效耦合；耦合量子比特，设置于计算量子比特和总线量子比特之间，将计算量子比特与总线量子比特进行连接，用于调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度。上述申请中的一个实施例具有如下优点或有益效果：由于引入了总线量子比特，利用总线量子比特间接将各计算量子比特进行耦合，如此，实现了任意两计算量子比特之间的耦合，实现了计算量子比特的全连通，进而为实现任意两计算量子比特间的量子门操作奠定了基础；又由于本申请实施例引入了耦合量子比特，且耦合量子比特设置于总线量子比特和计算量子比特之间，如此，可以利用耦合量子比特来调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度，甚至利用耦合量子比特可以关掉任意两计算量子比特之间的耦合，因此，有效避免了计算量子比特之间发生串扰，为在超导电路平台中能够实现非相邻量子比特间的操作，同时又可以有效地抑制计算量子比特间的串扰提供了解决方案。上述可选方式所具有的其他效果将在下文中结合具体实施例加以说明。附图说明附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：图1A示出量子比特(Q0-Q7)呈一维线状结构排列示意图；图1B示出量子比特(Q0-Q15)呈二维棋盘状结构排列示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导电路结构，其特征在于，包括：/n至少三个计算量子比特；/n总线量子比特，与计算量子比特进行连接，其中，通过所述总线量子比特连接的任意两个计算量子比特之间产生等效耦合；/n耦合量子比特，设置于计算量子比特和总线量子比特之间，将计算量子比特与总线量子比特进行连接，用于调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种超导电路结构，其特征在于，包括：
至少三个计算量子比特；
总线量子比特，与计算量子比特进行连接，其中，通过所述总线量子比特连接的任意两个计算量子比特之间产生等效耦合；
耦合量子比特，设置于计算量子比特和总线量子比特之间，将计算量子比特与总线量子比特进行连接，用于调控计算量子比特与总线量子比特之间的耦合强度。


2.根据权利要求1所述的超导电路结构，其特征在于，所述计算量子比特、总线量子比特以及耦合量子比特具有相同或者不相同的电路结构。


3.根据权利要求1或2所述的超导电路结构，其特征在于，所述总线量子比特为谐振器。


4.根据权利要求1所述的超导电路结构，其特征在于，所述总线量子比特包括超导量子干涉装置；和/或，所述计算量子比特包括超导量子干涉装置；和/或，所述耦合量子比特包括超导量子干涉装置。


5.根据权利要求4述的超导电路结构，其特征在于，所述超导量子干涉装置包括并联的两个约瑟夫森结。


6.根据权利要求4或5所述的超导电路结构，其特征在于，
所述总线量子比特还包括第一降噪结构，用于对所述总线量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪；和/或，
所述计算量子比特还包括第二降噪结构，用于对所述计算量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪；和/或，
所述耦合量子比特还包括第三降噪结构，用于对所述耦合量子比特所处环境的电荷涨落进行降噪。


7.根据权利要求4或5所述的超导电路结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋力京，段润尧，
申请(专利权)人：北京百度网讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11