[发明专利]一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片和方法

权利要求书

1.一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片，包括基片以及印刷在所述基片上的经典数据总线(5)和量子比特(3)，其特征在于：所述的经典数据总线(5)包括输入端口(51)和输出端口(52)；还包括，

可调量子数据总线(1)，所述的可调量子数据总线(1)包括半波长共面波导谐振腔(12)和谐振腔谐振频率调节元件(11)，其通过耦合结构(14)连接所述的量子比特(3)，所述的谐振腔谐振频率调节元件(11)设置在所述的可调量子数据总线(1)的中心位置；

量子比特的读取谐振腔(4)，所述的量子比特的读取谐振腔(4)一端与所述的经典数据总线(5)连接，另一端与所述的量子比特(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片，其特征在于：所述的谐振腔谐振频率调节元件(11)为可调电感结构；所述的可调电感结构为SQUID。

3.根据权利要求2所述的一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片，其特征在于：还包括量子数据总线的调控线(2)，所述的量子数据总线的调控线(2)是一根可以同时输入直流与微波脉冲的复合调控线，其包括调节线引线(22)和调节线末端(21)，所述的调节线末端(21)接地，且与所述的SQUID相距5-20μm。

4.根据权利要求3所述的一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片，其特征在于：所述的量子比特(3)数量至少为3个；所述的量子比特的读取谐振腔(4)数量与所述的量子比特(3)数量对应。

5.一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的方法，采用权利要求4所述的一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片，包括如下步骤：

步骤1，从经典数据总线(5)上输入端口(51)输入信号，该信号经量子比特筛选后，作用于对应的量子比特；

步骤2，向量子数据总线的调控线(2)输入直流电流I，使其产生恒定磁场；

步骤3，SQUID在上述步骤2中磁场作用下产生电感L，该电感L作用于可调量子数据总线(1)中半波长共面波导谐振腔，半波长共面波导谐振腔的谐振频率变为f；

步骤4，上述步骤3中可调量子数据总线(1)的谐振频率f对可调量子数据总线(1)实施多比特逻辑门操作效率产生影响；

步骤5，向量子数据总线的调控线(2)输入微波脉冲，微波脉冲的频率等于指定的两个量子比特的频率差，即指定的两个量子比特之间产生量子态的交换，进而实现两比特逻辑门操作以及两个量子比特的纠缠；

步骤6，经典数据总线(5)通过输入端口(51)输入信号，该信号经量子比特的读取谐振腔(4)筛选后实现对各量子比特(3)信息的读取，并经各量子比特(3)的读取谐振腔(4)原路反射回来，由经典数据总线(5)读取，并经输出端口(52)输出。

6.根据权利要求5所述的一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的方法，其特征在于：上述步骤1中各量子比特的最大频率差设计在1GHz范围以内；所有的量子比特的读取谐振腔(4)的最大频率差设计在200MHz范围以内。

7.根据权利要求6所述的一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的方法，其特征在于：上述步骤3中SQUID面积范围内的磁通量满足使以下关系式取最大值的位置：

其中ω₁、ω₂、ω_bus分别为两个量子比特能级所对应的圆频率以及量子数据总线的圆频率，Φ为通过量子数据总线SQUID的磁通量的大小，并且满足为磁通量子。