[发明专利]一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质

说明书

本发明涉及一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质。本发明将两个可调的量子比特通过多模耦合谐振链路连接，其中：所述多模耦合谐振链路包括设定数量的谐振频率相同的谐振腔，所述谐振腔串联连接，两个所述量子比特分别耦合所述多模耦合谐振链路两端的所述谐振腔；通过所述多模耦合谐振链路任意非关断模式将两个所述量子比特连接，实现所述量子比特的信息传递和量子逻辑门操作的过程包括：固定一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与所述多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。

技术领域

本发明涉及双量子比特大范围可调耦合技术领域，尤其涉及一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质。

背景技术

在过去的十年里，量子计算机的实现技术取得了显著的进步，量子计算机在处理一些复杂的问题，例如，化学分子势分析、材料科学以及大数分解问题等等，表现出了超越经典计算机的能力。这种能力主要表现在对于资源的消耗和时间两个方面有极大的减少。

目前，超导量子计算机的芯片包含的量子比特数目能达到几百个，可以做一些简单的算法演示和量子模拟。超导量子计算机要想精确地实现这些操作，需要芯片中的单量子比特操作和双量子比特操作达到较高的保真度。目前在实验上单比特门操作的保真度可以达到99.99％，但是对于双量子比特门，却很难到这个水平。所以，双量子比特门操作的保真度是超导量子计算机主要限制。目前，有许多实验组已经提出利用可调的耦合器或者单一的Bus腔实现超过99％保真度的双量子比特门操作。利用单一的Bus腔实现的门操作受限于耦合强度使得门操作时间过长，降低计算效率。而应用可调耦合器来提高双量子比特门的操作保真度需要复杂电路控制控制双量子比特之间的可调耦合器，大规模电路应用时，由于空间有限，复杂的控制电路的引入容易造成互扰，因此，不利于大规模电路的实现。因此，需要提出一种耦合方案，在保证保真度的同时，具有电路结构和实现波形操控简便的特点，。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种双量子比特大范围可调耦合结构、方法及存储介质。

第一方面，本发明提供一种双量子比特大范围可调耦合结构，包括：两个可调的量子比特，两个所述量子比特通过多模耦合谐振链路连接，其中：

所述多模耦合谐振链路包括设定数量的谐振腔，所述谐振腔串联连接，每个所述谐振腔的谐振频率相同，两个所述量子比特分别耦合所述多模耦合谐振链路两端的所述谐振腔；通过所述多模耦合谐振链路任意非关断模式将两个所述量子比特连接，实现所述量子比特的信息传递和量子逻辑门操作的过程包括：固定一个量子比特的能谱，然后被固定能谱的量子比特与所述多模耦合谐振链路的一个模式耦合，产生交换，然后扫描另外一个量子比特的能谱随磁通的变化，将暂存在所述多模耦合谐振链路模式内的信息交换到另外一个量子比特，完成两比特门操作。

更进一步地，所述谐振腔包括设置于芯片基板上的中心超导体和所述中心超导体两侧半无限大的地平面，所述中心超导体与两侧所述地平面之间距离相等，且所述中心超导体和所述地平面上方为真空。

更进一步地，设计所述中心超导体的宽度远大于所述中心超导体和所述地平面的厚度，所述中心超导体与两侧所述地平面之间距离远小于所述基板的厚度，以使单位长度的电容和电感已知，通过设计设定长度来实现设定谐振频率的所述谐振腔。

更进一步地，可调的所述量子比特包括：两个并联的约瑟夫森结，并连的约瑟夫森结整体并联电容，所述量子比特通过耦合电容耦接XY控制线，所述量子比特耦接Z控制线。

更进一步地，所述Z控制线包括可调电流源，所述可调电流源串接保护电阻和互感线圈，所述互感线圈与所述量子比特中的两并联的约瑟夫森结互感。

更进一步地，所述XY控制线包括可调微波源，所述可调微波源连接电阻，所述电阻耦接所述耦合电容。