[發明專利]低溫集成電路、集成模塊以及產生和檢測信號的裝置

在審

• 申請號: 202010531534.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN113452326A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 于哈·哈塞爾;帕西·拉合提恩麥吉
• 申請（專利權）人: IQM芬蘭有限公司
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16;G06N10/00
• 代理公司: 重慶智鷹律師事務所 50274
• 代理人: 唐超塵;劉貽行

低溫集成電路或集成模塊(1201)包括行波參數放大器或約瑟夫遜參數放大器(1001)。振蕩器(1004)配置為產生振蕩驅動信號，并且將所述振蕩驅動信號耦合到所述放大器中。信號輸入(1203)將輸入信號耦合到所述放大器中。偏置輸入(1205)將偏置信號耦合到所述振蕩器中。信號輸出將來自所述放大器的輸出信號輸送出低溫集成電路或集成模塊(1201)。

技術領域

總體而言，本發明涉及量子計算，其中激勵信號被導向到量子比特，并且量子比特輸出信號被提取并進行信號處理。特別地，本發明涉及產生激勵信號的方式和在這種系統中進行各種頻率轉換的方式。

背景技術

量子計算涉及這樣的任務：小心地導向產生的激勵信號以激勵量子比特，從而實施量子計算操作。在典型的固態量子比特中，例如超導量子比特中，激勵信號的載波頻率在幾GHz的量級，即使信息帶寬只是其一部分。量子計算電路只能夠在極低的溫度下操作，這是指遠低于1K的溫度，所以必須使用先進的低溫恒溫器。

圖1示出了用于產生到量子比特的激勵信號的已知裝置。載波發生器(CWG)101產生載波信號，該載波信號的頻率例如可以是在5到10GHz之間。任意波發生器(AWG)102使用低得多的頻率產生輸送期望的信息的波形。載波和信息波形在混合器103中混合在一起，混合器103作為上變換器操作。信號線104將產生的激勵信號從室溫環境傳送到低溫冷卻環境。

只要僅有有限數量的量子比特，在圖1中示出的方法就合理地工作得很好，需要產生激勵信號用于該量子比特。然而，隨著量子電路的技術更成熟，并且靠近量子計算能夠在性能上真正地超過經典計算的極限，發展了具有越來越多的量子比特的量子電路。一方面在亞開爾文溫度下的有限的冷卻能力的技術要求和另一方面在室溫控制電子器件之間的高頻連接，導致了一定的復雜和繁瑣。這自身表現為通過從室溫到低溫環境的信號路徑中的熱負載和信號耗散的高功率消耗，并且這種系統需要大的物理空間，并且最終限制了量子計算基礎結構的可擴展性。然而，值得注意的因素是，在量子比特控制中需要的信息帶寬明顯低于圖1的常規裝置中在室溫和低溫階段之間需要的帶寬。相比于在幾GHz范圍內的頻率，在AWG輸出的頻率范圍下輸送低溫恒溫器信號簡單得多。

發明內容

目的是提供一種方法和裝置，其采用在室溫和低溫冷卻環境之間能夠使接口處的硬件實施更簡單的方式，產生到量子比特的激勵信號。另外一個目的是，使得能夠產生到低溫恒溫器具有有限的熱負載的激勵信號。其他的目的是，使得能夠以通用頻率產生到量子比特的激勵信號。還有其他的目的是，對于設計用于激勵量子比特的硬件界面的方式提供了相當大的自由。

本發明的目的通過利用一種特定類型的放大器作為混頻器來實現，該混頻器可以在低溫冷卻環境內執行激勵信號的上變換。

根據第一方面，提供了一種低溫集成電路或集成模塊。低溫集成電路或集成模塊包括：放大器，其是行波參數放大器或約瑟夫遜參數放大器，并且包括至少一個放大器輸入和放大器輸出；和振蕩器，其被配置為產生振蕩驅動信號并且通過所述至少一個放大器輸入將所述振蕩驅動信號耦合到所述放大器。低溫集成電路或集成模塊還包括：信號輸入，其被配置為通過所述至少一個放大器輸入將輸入信號耦合到所述放大器中；偏置輸入，其被配置為將偏置信號耦合到所述振蕩器；和信號輸出，其配置將來自所述放大器輸出的輸出信號輸送出低溫集成電路或集成模塊。

根據一個實施例，低溫集成電路或集成模塊包括定向耦合器或功率組合器，其具有第一耦合器輸入、第二耦合器輸入和耦合器輸出，其中第一耦合器輸入耦合到信號輸入，第二耦合器輸入耦合到振蕩器，并且耦合器輸出耦合到至少一個放大器輸入。這具有以下優點：放大器可以被供給有組合輸入信號，該組合輸入信號包括信息傳送信號和振蕩驅動信號，所有組合輸入信號均具有在同一低溫集成電路或集成模塊上實現的分量。