[發(fā)明專利]一種雙量子比特大范圍可調(diào)耦合結(jié)構(gòu)、方法及存儲介質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310419961.5
• 申請日: 2023-04-14
• 公開（公告）號: CN116579434A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勇;王輝
• 申請（專利權(quán)）人: 山東云海國創(chuàng)云計算裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20;G06N10/40
• 代理公司: 濟南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 周杰

本發(fā)明涉及一種雙量子比特大范圍可調(diào)耦合結(jié)構(gòu)、方法及存儲介質(zhì)。本發(fā)明將兩個可調(diào)的量子比特通過多模耦合諧振鏈路連接，其中：所述多模耦合諧振鏈路包括設(shè)定數(shù)量的諧振頻率相同的諧振腔，所述諧振腔串聯(lián)連接，兩個所述量子比特分別耦合所述多模耦合諧振鏈路兩端的所述諧振腔；通過所述多模耦合諧振鏈路任意非關(guān)斷模式將兩個所述量子比特連接，實現(xiàn)所述量子比特的信息傳遞和量子邏輯門操作的過程包括：固定一個量子比特的能譜，然后被固定能譜的量子比特與所述多模耦合諧振鏈路的一個模式耦合，產(chǎn)生交換，然后掃描另外一個量子比特的能譜隨磁通的變化，將暫存在所述多模耦合諧振鏈路模式內(nèi)的信息交換到另外一個量子比特，完成兩比特門操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙量子比特大范圍可調(diào)耦合技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙量子比特大范圍可調(diào)耦合結(jié)構(gòu)、方法及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

在過去的十年里，量子計算機的實現(xiàn)技術(shù)取得了顯著的進步，量子計算機在處理一些復(fù)雜的問題，例如，化學(xué)分子勢分析、材料科學(xué)以及大數(shù)分解問題等等，表現(xiàn)出了超越經(jīng)典計算機的能力。這種能力主要表現(xiàn)在對于資源的消耗和時間兩個方面有極大的減少。

目前，超導(dǎo)量子計算機的芯片包含的量子比特數(shù)目能達到幾百個，可以做一些簡單的算法演示和量子模擬。超導(dǎo)量子計算機要想精確地實現(xiàn)這些操作，需要芯片中的單量子比特操作和雙量子比特操作達到較高的保真度。目前在實驗上單比特門操作的保真度可以達到99.99％，但是對于雙量子比特門，卻很難到這個水平。所以，雙量子比特門操作的保真度是超導(dǎo)量子計算機主要限制。目前，有許多實驗組已經(jīng)提出利用可調(diào)的耦合器或者單一的Bus腔實現(xiàn)超過99％保真度的雙量子比特門操作。利用單一的Bus腔實現(xiàn)的門操作受限于耦合強度使得門操作時間過長，降低計算效率。而應(yīng)用可調(diào)耦合器來提高雙量子比特門的操作保真度需要復(fù)雜電路控制控制雙量子比特之間的可調(diào)耦合器，大規(guī)模電路應(yīng)用時，由于空間有限，復(fù)雜的控制電路的引入容易造成互擾，因此，不利于大規(guī)模電路的實現(xiàn)。因此，需要提出一種耦合方案，在保證保真度的同時，具有電路結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)波形操控簡便的特點，。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種雙量子比特大范圍可調(diào)耦合結(jié)構(gòu)、方法及存儲介質(zhì)。

第一方面，本發(fā)明提供一種雙量子比特大范圍可調(diào)耦合結(jié)構(gòu)，包括：兩個可調(diào)的量子比特，兩個所述量子比特通過多模耦合諧振鏈路連接，其中：

所述多模耦合諧振鏈路包括設(shè)定數(shù)量的諧振腔，所述諧振腔串聯(lián)連接，每個所述諧振腔的諧振頻率相同，兩個所述量子比特分別耦合所述多模耦合諧振鏈路兩端的所述諧振腔；通過所述多模耦合諧振鏈路任意非關(guān)斷模式將兩個所述量子比特連接，實現(xiàn)所述量子比特的信息傳遞和量子邏輯門操作的過程包括：固定一個量子比特的能譜，然后被固定能譜的量子比特與所述多模耦合諧振鏈路的一個模式耦合，產(chǎn)生交換，然后掃描另外一個量子比特的能譜隨磁通的變化，將暫存在所述多模耦合諧振鏈路模式內(nèi)的信息交換到另外一個量子比特，完成兩比特門操作。

更進一步地，所述諧振腔包括設(shè)置于芯片基板上的中心超導(dǎo)體和所述中心超導(dǎo)體兩側(cè)半無限大的地平面，所述中心超導(dǎo)體與兩側(cè)所述地平面之間距離相等，且所述中心超導(dǎo)體和所述地平面上方為真空。

更進一步地，設(shè)計所述中心超導(dǎo)體的寬度遠(yuǎn)大于所述中心超導(dǎo)體和所述地平面的厚度，所述中心超導(dǎo)體與兩側(cè)所述地平面之間距離遠(yuǎn)小于所述基板的厚度，以使單位長度的電容和電感已知，通過設(shè)計設(shè)定長度來實現(xiàn)設(shè)定諧振頻率的所述諧振腔。

更進一步地，可調(diào)的所述量子比特包括：兩個并聯(lián)的約瑟夫森結(jié)，并連的約瑟夫森結(jié)整體并聯(lián)電容，所述量子比特通過耦合電容耦接XY控制線，所述量子比特耦接Z控制線。

更進一步地，所述Z控制線包括可調(diào)電流源，所述可調(diào)電流源串接保護電阻和互感線圈，所述互感線圈與所述量子比特中的兩并聯(lián)的約瑟夫森結(jié)互感。

更進一步地，所述XY控制線包括可調(diào)微波源，所述可調(diào)微波源連接電阻，所述電阻耦接所述耦合電容。