[發明專利]一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片

有效

• 申請號: 201910758271.6
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN112397862B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 王浩華;劉武新;李賀康;郭秋江;崔靜;董航;任文慧;宋超;孫曉曉;王震;許凱;張鵬飛;張敘
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01P3/12
• 分類號: H01P3/12;H01P7/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，該芯片包括一個公共的微波諧振腔和若干個超導量子比特；

所述公共的微波諧振腔具有n階諧振模，其中，n＝2，公共的微波諧振腔同時與超過20個超導量子比特耦合；采用共平面微波傳輸線實現的公共的微波諧振腔長度l計算公式如下：

其中，f為公共的微波諧振腔頻率，c是真空中的光速，n表示公共的微波諧振腔中諧振模階數，∈_r是共平面微波傳輸線的襯底的相對介電常數；超導量子比特與公共的微波諧振腔耦合充分利用公共的微波諧振腔長度，均勻分散在公共的微波諧振腔的各個分支上；

所述超導量子比特之間通過n階諧振模相互作用，實現超導量子比特的信息傳遞和量子邏輯門操作，相互作用有以下兩種方式：所述超導量子比特之間通過n階諧振模的第一種相互作用方式為：超導量子比特通過公共的微波諧振腔耦合，若兩個或多個超導量子比特與公共的微波諧振腔的n階諧振模頻率相失諧，則將這些量子比特之間的頻率調節至相等，從而使得任意超導量子比特之間通過n階諧振模實現虛交換super-exchange形式的相互作用，從而實現超導量子比特間的量子邏輯門操作和信息傳遞；所述超導量子比特之間通過n階諧振模的第二種相互作用方式為：將超導量子比特的頻率調節至與公共的微波諧振腔的n階諧振模頻率相等，則每個超導量子比特與n階諧振模直接相互作用，并利用n階諧振模傳遞作用，實現超導量子比特間的相互作用；所有超導量子比特均具有控制和讀取電路，包括：獨立的或者與其相鄰比特共用的共平面微波控制線，用于超導量子比特初態的制備；獨立的磁通量控制線，用于獨立調節每個超導量子比特的頻率；獨立的讀取諧振腔，用于讀取每個超導量子比特的狀態。

2.根據權利要求1所述的一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，任意兩個超導量子比特間能夠通過退相干不敏感的綴飾態相位門dress-state phasegate實現兩超導量子比特邏輯門操作，其實現方式為：將兩個超導量子比特調節至相同頻率，且它們與公共的微波諧振腔的失諧量大于5倍的超導量子比特與公共的微波諧振腔的直接耦合強度，同時通過共平面微波控制線給兩個超導量子比特施加共振的微波驅動，并在所加微波驅動時長的一半時刻反轉微波的相位，從而實現兩超導量子比特綴飾態相位門，并同時抑制退相干效應，達到高保真度的邏輯門操作。

3.根據權利要求1所述的一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，任意兩個超導量子比特均可以通過公共的微波諧振腔實現交叉共振邏輯門cross-resonance gate和半交換邏輯門操作。

4.根據權利要求1所述的一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，超導量子比特的共平面電容形狀為直線。

5.根據權利要求1所述的一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，超導量子比特的控制和讀取電路有空氣橋airbridge，以保持芯片的理想接地性質。

6.根據權利要求1所述的一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，超導量子比特與公共的微波諧振腔的耦合電容呈層階式分布，使得超導量子比特與公共的微波諧振腔的直接耦合強度均一。

7.根據權利要求1所述的一種基于多模式諧振腔的全連通架構量子芯片，其特征在于，超導量子比特與讀取諧振腔以及與公共的微波諧振腔的耦合部件均采用平面叉指電容或可調電感。