[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

说明书

本发明提供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，属于微波电路领域，其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和量子比特，所述的经典数据总线包括输入端口和输出端口；可调量子数据总线包括半波长共面波导谐振腔和谐振腔谐振频率调节元件，其通过耦合结构连接所述的量子比特，所述的谐振腔谐振频率调节元件设置在所述的可调量子数据总线的中心位置；量子比特的读取谐振腔一端与所述的经典数据总线连接，另一端与所述的量子比特连接。本发明能将调控/读取信号中指定频率的信号与对应的量子比特/读取谐振腔匹配起来，极大地方便了对多量子比特芯片的调控与信号处理。

技术领域

本发明属于微波电路领域，具体地说，涉及一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片。

背景技术

目前国际上主流的固态量子芯片研究团队，都已经进入多量子比特集成的开发阶段。多家顶尖团队均先后提出了自己的集成方案。每种集成方案都有自己的缺陷，主要体现在两个方面，一个是芯片复杂度上升导致其性能的下降，另一个是量子比特数目增加对于硬件测控系统需求的提升。尤其是后者，如果每个量子比特都需要单独的读取和调控通道，那么整个量子芯片测控平台的规模必须同比例增加，耗费大量的资源与人力。我们希望在尽可能不影响量子芯片性能的前提下，优化其结构设计，精简量子芯片测控平台并且提升对量子芯片调控的灵活度，使得我们设计的量子芯片更容易实现通用量子算法等功能。

中国专利申请号201710432975.5，公开日2017年8月18日的专利申请文件，公开了一种量子芯片、量子数据总线、微波传输线谐振腔及制备方法，其中，所述微波传输线谐振腔从同一个中心节点出发，利用传输线延伸至多个终端，每一个终端都可以用于耦合一至两个量子比特，从而增加了微波传输线谐振腔能够耦合的量子比特数量；并且所述微波传输线谐振腔较现有技术中的微波谐振腔能够耦合的量子比特数量更多，不需要通过增加微波谐振腔数量的方式来增加量子芯片能够耦合的量子比特数量，降低了能够耦合多量子比特的量子芯片的结构设计复杂性。

上述专利申请公开了不可调量子数据总线下量子比特耦合技术，在实际工作时，每个量子比特都需要额外的单独调节，容易带来大量额外的噪声，导致量子比特相干时间的下降。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有多量子比特芯片硬件系统冗杂、资源耗费大的问题，本发明提供一种使用可调量子数据总线耦合多量子比特的量子芯片，能将调控/读取信号中指定频率的信号与对应的量子比特/读取谐振腔匹配起来，极大地方便了对多量子比特芯片的调控与信号处理。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

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和量子比特，所述的经典数据总线包括输入端口和输出端口；还包括，

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

量子比特的读取谐振腔，所述的量子比特的读取谐振腔一端与所述的经典数据总线连接，另一端与所述的量子比特连接。

优选地，所述的谐振腔谐振频率调节元件为可调电感结构；所述的可调电感结构为SQUID。

优选地，还包括量子数据总线的调控线，所述的量子数据总线的调控线是一根可以同时输入直流与微波脉冲的复合调控线，其包括调节线引线和调节线末端，所述的调节线末端接地，且与所述的SQUID相距5-20μm。

优选地，所述的量子比特数量至少为3个；所述的量子比特的读取谐振腔数量与所述的量子比特数量对应。