[发明专利]二维可扩展超导量子比特结构及其腔模控制方法

说明书

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。

技术领域

本公开属于量子计算技术领域，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。

背景技术

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(surface code)，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。

发明内容

(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

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。