模块化、频率灵活的超导量子处理器架构制造技术

一种模块化超导量子处理器，包括：第一超导芯片，其包括第一多个量子位和第二多个量子位，第一多个量子位各自基本上具有第一谐振频率，第二多个量子位各自基本上具有第二谐振频率，第一谐振频率不同于第二谐振频率；以及第二超导芯片，其包括第三多个量子位和第四多个量子位，第三多个量子位各自基本上具有第一谐振频率，第四多个量子位各自基本上具有第二谐振频率。该量子处理器进一步包括连接到第一超导芯片和第二超导芯片上的内插体芯片。内插体芯片具有被配置为将第二多个量子位耦合到第四多个量子位的内插体耦合器元件。四多个量子位的内插体耦合器元件。四多个量子位的内插体耦合器元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化、频率灵活的超导量子处理器架构

技术介绍

[0001]本专利技术涉及超导量子处理器，更具体地涉及模块化超导量子处理器和使用模块化超导量子处理器的量子计算机以及制造模块化超导量子处理器的方法。
[0002]量子计算是基于量子位(本文中通篇称为qubits)的可靠控制。实现量子算法所需的基本运算是在两个分离的量子位之间建立关联的一组单量子位运算和双量子位运算。为了达到量子计算的误差阈值和实现可靠的量子模拟，可能需要实现高保真双量子比特操作。
[0003]超导量子处理器(或超导量子位)包括在绝缘衬底(例如，Si或高电阻率Si、Al2O3等)上的超导金属(例如，Al、Nb等)。量子处理器通常是由耦合器以不同晶格对称性(例如，正方形、六边形等)连接的单独量子位的平面二维晶格结构，以及位于倒装芯片上的读出结构。耦合器可以由电容器、谐振器、线圈或提供量子位之间耦合的任何微波组件构成。
[0004]为了连接输入/输出信号电缆或线路，量子处理器被封装在衬底(例如，印刷电路板(PCB))中。用于PCB的材料可以是例如FR4层压板、陶瓷等。FR4是多用途的玻璃增强环氧树脂层压板材料。FR4是具有编织玻璃纤维布和环氧树脂粘合剂的复合材料。名称FR4由美国电气制造商协会(NEMA)创建。
[0005]当量子过程放大时，由于未来的量子计算机可能使用大量的量子位(几百到几千或更多)，可能需要解决由于缩放因子而可能出现的许多问题。可能出现的各种问题包括可能与芯片尺寸相关的杂散谐振模式、导致串扰的量子位之间的频率安排，以及处理大量不断增长的芯片尺寸的有限制造技术。
[0006]常规的倒装芯片技术可以与量子位芯片一起使用。然而，常规的倒装芯片方法在连接量子位时不能提供频率灵活性。因此，仍然需要改进的量子处理器和生产或组装量子处理器的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个方面是提供一种模块化超导量子处理器。该模块化超导量子处理器包括：第一超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的第一多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位，第一谐振频率不同于第二谐振频率；第二超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的第三多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位；以及连接到第一超导芯片和第二超导芯片的内插体芯片，其中，内插体芯片包括被配置为将基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位耦合到基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位的内插体耦合器元件。
[0008]本专利技术的另一个方面是提供一种制造模块化超导量子处理器的方法。该方法包括：提供第一超导芯片，第一超导芯片包括各自基本上具有第一谐振频率的第一多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位，第一谐振频率不同于第二谐振频率；提供第二超导芯片，第二超导芯片包括各自基本上具有第一谐振频率的第三多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位；提供内插体芯片，其包括被配置为
将基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位耦合到基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位的内插体耦合器元件的；将第一超导芯片和第二超导芯片安装在衬底上；以及将内插体芯片安装在第一超导芯片的至少一部分上、第二超导芯片的至少一部分上、以及衬底的至少一部分上，使得第一多个量子位、第二多个量子位、第三多个量子位以及第四多个量子位可是从与面向衬底的一侧相反的一侧可访问的。
[0009]本专利技术的另一个方面是提供一种包括模块化的超导量子处理器的量子计算机。模块化超导量子处理器包括：第一超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的第一多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位，第一谐振频率不同于第二谐振频率；第二超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的第三多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位；以及连接到第一超导芯片和第二超导芯片的内插体芯片，其中，内插体芯片包括被配置为将基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位耦合到基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位的内插体耦合器元件。
[0010]附图简要说明
[0011]在参考附图考虑以下描述和所附权利要求后，本公开以及结构的相关元件的操作方法和功能以及部件的组合和制造的经济性将变得更加显而易见，所有这些都构成本规范的一部分，其中，在各个附图中，相似的参考标号表示相应的部件。然而，应明确理解的是，附图仅用于说明和描述目的，而无意作为对本专利技术的限制的限定。
[0012]图1是根据本专利技术实施例的模块化超导量子处理器的示意性俯视图；
[0013]图2是根据本专利技术的另一个实施例的模块化超导量子处理器200的示意性俯视图；
[0014]图3A是根据本专利技术实施例的在图1中示出的模块化超导量子处理器的示意性横截面视图；
[0015]图3B是根据本专利技术的另一个实施例的在图1中示出的模块化超导量子处理器的示意性横截面视图；
[0016]图4A是根据本专利技术实施例的图3A和3B中所示的第一或第二超导芯片的详细的示意性侧视图；
[0017]图4B是根据本专利技术实施例的第一或第二超导芯片的顶视图；
[0018]图5A是根据本专利技术实施例的图3A和图3B中所示的内插体芯片的详细示意性侧视图；
[0019]图5B是根据本专利技术实施例的内插体芯片的顶视图；
[0020]图6是根据本专利技术实施例的量子计算机的示意图；和
[0021]图7是根据本专利技术实施例的用于制造量子处理器的方法的流程图。
具体实施例
[0022]图1是根据本专利技术实施例的模块化超导量子处理器100的示意性俯视图。模块化超导量子处理器100包括第一超导芯片102和第二超导芯片104。第一超导芯片102包括第一多个量子位102A和第二多个量子位102B，第一多个量子位各自基本上具有第一谐振频率，第二多个量子位各自基本上具有第二谐振频率。第一谐振频率不同于第二谐振频率。术语“第一谐振频率”和“第二谐振频率”应被理解为分别广义地表示第一谐振频率范围和第二谐振频率范围。在实施例中，例如，第二谐振频率可以在4.8
‑
5.0GHz的范围内，并且第一谐振频
率可以在5.6
‑
5.8GHz的范围内，反之亦然。第二超导芯片104包括第三多个量子位104A和第四多个量子位104B，第三多个量子位104A各自基本上具有第一共振频率，第四多个量子位104B各自基本上具有第二共振频率。
[0023]在实施例中，第一多个量子位102A和第三多个量子位104A被安排具有用以实现交叉共振(CR)门的频率。在实施例中，第二多个量子位102B和第四多个量子位104B包括可调谐门或谐振诱导相位(RIP)门、或二者。在另一个实施例中，第二多个量子位102B和第四多个量子位104B包括可调谐的量子位(例如，asymon、WTQ等)。然而，除了具有不同的频率之外，这些量子位也可以由不同的材料制成和/或具有不同的结构，或二者兼而有之。
[0024]在实施例中，第二多个量子位102B被安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模块化超导量子处理器，包括：第一超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的多个第一量子位和各自基本上具有第二谐振频率的多个第二量子位，第一谐振频率不同于第二谐振频率；第二超导芯片，其包括各自基本上具有第一共振频率的第三多个量子位和各自基本上具有第二共振频率的第四多个量子位；和内插体芯片，其连接到第一超导芯片且连接到第二超导芯片，其中，内插体芯片包括被配置为将基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位耦合到基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位的内插体耦合器元件。2.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第二多个量子位被安排在第一超导芯片的外围，并且第四多个量子位被安排在第二超导芯片的外围，以便使得能够在第二多个量子位与第四多个量子位之间进行耦合。3.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第一超导芯片进一步包括被配置为将第一多个量子位与第二多个量子位耦合的第一多个耦合元件。4.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第二超导芯片进一步包括被配置为将第三多个量子位与第四多个量子位耦合的第二多个耦合元件。5.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第一超导芯片和第二超导芯片包括读出元件，用于读出第一多个量子位中的每个、第二多个量子位中的每个、第三多个量子位中的每个或者第四多个量子位中的每个，或者用于读出它们的任何组合。6.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第一超导芯片和第二超导芯片包括被配置为连接第一超导芯片和第二超导芯片的接地平面的接地元件。7.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，内插体芯片包括被配置为连接内插体芯片上的接地平面。8.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，内插体耦合器元件选自由谐振器、直接电容耦合器以及频率可调谐元件组成的组。9.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第一多个量子位和第三多个量子位被安排具有用以实现交叉共振(CR)门的频率。10.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，其中，第二多个量子位和第四多个量子位包括可调谐门或谐振诱导相位(RIP)门。11.根据权利要求1所述的模块化超导量子处理器，进一步包括衬底，其中，第一和第二超导芯片被安装到衬底上并且第一多个量子位、第二多个量子位、第三多个量子位和第四多个量子位通过多个通孔和焊料凸点连接到衬底上，其中，所述多个通孔被配置为通过衬底将信号输入和输出到第一、第二、第三和第四多个量子位。12.根据权利要求11所述的模块化超导量子处理器，其中，第一和第二超导芯片被安装到衬底上，以便允许从第一和第二超导芯片的与第一和第二超导芯片的面向衬底的一侧相反的一侧自由访问第一、第二、第三和第四多个量子位。13.根据权利要求11所述的模块化超导量子处理器，其中，内插体芯片使用焊料凸点连接到第一和第二超导芯片以及衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：白韩姬，罗载雄，P，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：