CN111401561B - 一种量子计算装置 - Google Patents

Abstract

一种量子计算装置，包括：至少一个第一超导量子比特；至少一个逻辑量子比特电路，各逻辑量子比特电路和第一超导量子比特一一对应；各逻辑量子比特电路包括：第一耦合端口，用于将所对应的第一超导量子比特失谐耦合于存储谐振腔；存储谐振腔，用于存储逻辑量子比特的量子态；第一微波传输线，用于传输施加于存储谐振腔的第一微波脉冲信号，第一微波脉冲信号用于在出现错误症候时，通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错；其中，逻辑量子比特量子态根据第一超导量子比特的量子态映射获得。本发明实施例实现了一种易于纠错的编码逻辑量子比特的制备和操控设计，提升了逻辑量子比特电路设计的可操作性。

Description

一种量子计算装置

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种量子计算装置。

背景技术

量子计算机是一种基于量子逻辑实现计算功能的设备。相比传统的计算机，量子计算机在解决一些特定问题时运算时间可大幅度减少，因而受到广泛关注。量子计算机的核心是可进行任意操作和读取的量子比特，量子计算的过程是依照量子算法的要求对量子比特进行操控，通过读取量子比特的状态来获得计算结果的过程。超导量子芯片的制造可以利用半导体制造工艺实现大规模集成，超导量子比特在相互作用控制、选择性操作等量子计算所需要的关键性指标上展现出较其他物理体系更为优越的性能，是实现量子计算机的平台之一。

量子计算机也需要处理运行过程中可能出现的错误以保证计算结果的正确性。实际上，基于量子系统的复杂性及量子力学的相关原理(量子态不可克隆原理)，对量子计算过程实现纠错是一件十分困难的事情。量子计算过程中的错误主要来源于量子比特的退相干以及量子操作的有限保真度。在一定的量子操作保真度条件下，纠错算法借助一组量子比特进行冗余编码，能够及时发现并处理错误而不丢失原本量子态，保证量子计算结果的正确性。图1为相关技术量子纠错算法的示意图，如图1所示，量子纠错一般最少需要五个量子比特来进行，相关技术中的量子纠错方法对技术要求非常高，错误阈值需要在0.01％以下，超过目前的技术能力。表层编码(surface code)利用量子态的拓扑性质将错误阈值的要求降低至1％，但需要由几千个物理比特来实现一个逻辑量子比特，资源开销大，芯片的复杂度高。

如何实现一种可行的、复杂度低的逻辑量子比特电路，成为一个有待解决的技术问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种量子计算装置，能够简化量子纠错电路的设计。

本发明实施例提供了一种量子计算装置，包括：

至少一个第一超导量子比特；

至少一个逻辑量子比特电路，各所述逻辑量子比特电路和所述第一超导量子比特一一对应；各所述逻辑量子比特电路包括：

第一耦合端口，用于将所对应的第一超导量子比特失谐耦合于存储谐振腔；

存储谐振腔，用于存储逻辑量子比特的量子态；

第一微波传输线，用于传输施加于存储谐振腔的第一微波脉冲信号，所述第一微波脉冲信号用于在出现错误症候时，通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错；

其中，所述逻辑量子比特的量子态根据所述第一超导量子比特的量子态映射获得。

在一种示例性实施例中，所述逻辑量子比特量子态的错误症候通过以下方式监测：

通过所述第一超导量子比特对制备的所述逻辑量子比特量子态进行相空间中的宇称测量，获得所述逻辑量子比特量子态的波函数；

通过监测获得的所述逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移，确认是否发生所述错误症候。

在一种示例性实施例中，所述逻辑量子比特的量子态由基矢光子态展开获得，所述基矢光子态的制备包括：

通过施加一定时间长度的第一微波脉冲信号和第二微波脉冲信号，将第一超导量子比特的基态和激发态映射获得的存储谐振腔中的基矢光子态；

其中，所述第一微波脉冲信号和所述第二微波脉冲信号分割为两个或两个以上序列，每个序列中微波脉冲信号的频率、幅度和相位通过预设的数值计算方法获得。

在一种示例性实施例中，所述逻辑量子比特的量子态包括：

由采用GKP编码方式在存储谐振腔中生成的计算空间中的基矢光子态编码生成。

在一种示例性实施例中，所述通过监测获得的逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移，包括：

由稳定子算符的本征值，确定所述逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移。

在一种示例性实施例中，所述通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错，包括：

根据所述第一超导量子比特对所述逻辑量子比特量子态的稳定子算符本征值的宇称测量的结果，通过所述第一耦合端口对所述存储谐振腔中的所述逻辑量子比特量子态进行与所述错误症候相反的位移操作。

在一种示例性实施例中，所述量子计算装置还包括：

至少一个共平面微波传输线；

至少一个耦合电路，各所述耦合电路和所述第一超导量子比特一一对应；各所述耦合电路分别包括：

读取用共平面超导微波谐振腔，和所对应的所述第一超导量子比特处于失谐状态，根据所述第一超导量子比特的状态进行共振频率移动；

金属电极，用于连接外部电路；

第二耦合端口，用于将对应的所述第一超导量子比特耦合于所述读取用共平面超导微波谐振腔；

第三耦合端口，用于将所对应的所述第一超导量子比特耦合于所述共平面第二微波传输线；

第二微波传输线，用于传输施加在对应的第一超导量子比特上的第二微波脉冲信号；所述第二微波脉冲信号能够调节以对所述对应的第一超导量子比特进行单比特量子逻辑门操作。

在一种示例性实施例中，所述量子计算装置还包括：至少一个第二超导量子比特，每一个所述第二超导量子比特通过两个所述第一耦合端口分别失谐耦合一个存储谐振腔，通过所述第二耦合端口将对应的第二超导量子比特耦合于所述共平面超导微波谐振腔，用于：

根据其中一个存储谐振腔中的光子态对另一个存储谐振腔中的所述逻辑量子比特量子态执行位移操作，以实现两比特的编码逻辑量子比特的量子态的门操作。

与相关技术相比，本申请技术方案包括：至少一个第一超导量子比特；至少一个逻辑量子比特电路，各逻辑量子比特电路和第一超导量子比特一一对应；各逻辑量子比特电路包括：第一耦合端口，用于将所对应的第一超导量子比特失谐耦合于存储谐振腔；存储谐振腔，用于存储逻辑量子比特的量子态；第一微波传输线，用于传输施加于存储谐振腔的第一微波脉冲信号，第一微波脉冲信号用于在出现错误症候时，通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错；其中，逻辑量子比特量子态根据第一超导量子比特的量子态映射获得。本发明实施例实现了一种易于纠错的编码逻辑量子比特的制备和操控设计，提升了逻辑量子比特电路设计的可操作性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为相关技术量子纠错算法的示意图；

图2为本发明实施例量子计算装置的结构框图；

图3为本发明实施例GKP编码的示意图；

图4为本发明实施例位移操作过程的脉冲示意图；

图5为本发明实施例可扩展多比特量子计算装置的示意图；

图6为本发明实施例可扩展多比特量子计算装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例量子计算装置包括：

至少一个逻辑量子比特电路，各所述逻辑量子比特电路和所述第一超导量子比特一一对应；各所述逻辑量子比特电路包括：

第一耦合端口，用于将所对应的第一超导量子比特失谐耦合于存储谐振腔；

存储谐振腔，用于存储逻辑量子比特的量子态；

第一微波传输线，用于传输施加于存储谐振腔的第一微波脉冲信号，所述第一微波脉冲信号用于在出现错误症候(syndrome)时，通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错；

其中，所述逻辑量子比特的量子态根据所述第一超导量子比特的量子态映射获得。

在一种示例性实施例中，所述错误症候通过以下方式监测：

通过所述第一超导量子比特对逻辑量子比特量子态进行相空间中的宇称测量，获得所述逻辑量子比特量子态的波函数；

通过监测获得的逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移，确认是否发生所述错误症候。

在一种示例性实施例中，所述逻辑量子比特的量子态由基矢光子态展开获得，所述基矢光子态的制备逻辑量子比特的量子态过程包括：

通过施加一定时间长度的第一微波脉冲信号和第二微波脉冲信号，将第一超导量子比特的基态和激发态映射获得的存储谐振腔中的基矢光子态；

其中，所述第一微波脉冲信号和所述第二微波脉冲信号分割为两个或两个以上序列，每个序列中微波脉冲信号的频率、幅度和相位通过预设的数值计算方法获得。

在一种示例性实施例中，所述逻辑量子比特的量子态包括：

由采用GKP编码方式在存储谐振腔中生成的计算空间中的基矢光子态编码生成。

在一种示例性实施例中，所述通过监测获得的逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移，包括：

由所述稳定子算符的本征值，确定所述逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移。

在一种示例性实施例中，所述通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态态进行位移操作进行纠错，包括：

根据所述第一超导量子比特对逻辑量子比特量子态的稳定子算符本征值的宇称测量的结果，通过所述第一耦合端口对所述存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行与所述错误症候相反的位移操作。

在一种示例性实施例中，所述量子计算装置还包括：

至少一个共平面微波传输线；

至少一个耦合电路，各所述耦合电路和所述第一超导量子比特一一对应；各所述耦合电路分别包括：

读取用共平面超导微波谐振腔，和所对应的所述第一超导量子比特处于失谐状态，根据所述第一超导量子比特的状态进行共振频率移动；

金属电极，用于连接外部电路；

第二耦合端口，用于将对应的所述第一超导量子比特耦合于所述读取用共平面超导微波谐振腔；

第三耦合端口，用于将所对应的所述第一超导量子比特耦合于所述共平面第二微波传输线；

第二微波传输线，用于传输施加在对应的第一超导量子比特上的第二微波脉冲信号；所述第二微波脉冲信号能够调节以对所述对应的第一超导量子比特进行单比特量子逻辑门操作。

在一种示例性实施例中，所述量子计算装置还包括：至少一个第二超导量子比特，每一个所述第二超导量子比特通过两个所述第一耦合端口分别失谐耦合一个存储谐振腔，通过所述第二耦合端口将对应的第二超导量子比特耦合于所述共平面超导微波谐振腔，用于：

根据其中一个存储谐振腔中的光子态对另一个存储谐振腔中存储的逻辑量子比特量子态执行位移操作，以实现两比特的编码逻辑量子比特的量子态的门操作。

在一种示例性实施例中，所述微波谐振腔的共振频率移动根据所述第一超导量子比特的状态确定。

在一种示例性实施例中，所述金属电极通过点焊连接至所述外部电路；

其中，所述外部电路用于读取所述第一超导量子比特的状态。

在一种示例性实施例中，所述第一超导量子比特包括：基于金属薄膜的电容和非线性电感元件构成的量子比特。

在一种示例性实施例中，所述共平面超导微波谐振腔包括：由金属薄膜结构组成的共平面结构；

在一种示例性实施例中，第一微波传输线和第二微波传输线包括：由金属薄膜结构组成的共平面结构。

图2为本发明实施例量子计算装置的结构框图，图2以量子计算装置包括：一个超导量子比特、一个共平面微波传输线、一个耦合电路和一个逻辑量子比特电路为例进行示例说明：

频率为ω₁的第一超导量子比特制备在标记101的区域，第一超导量子比特101通过第二耦合端口102耦合于一个频率为ω₂的共平面超导微波谐振腔103，并通过第三耦合端口104进一步耦合于共平面微波传输线105，通过点焊连接金属电极106至外部电路，用于第一超导量子比特101状态的读取。第一超导量子比特和微波谐振腔103处于失谐耦合状态，微波谐振腔103的共振频率移动取决于第一超导量子比特101的状态。第二微波传输线107耦合于第一超导量子比特101，用于操作第一超导量子比特101的状态，通过控制施加在第一超导量子比特101上的第二微波脉冲信号的强度、长度和相位，执行任意单比特量子逻辑门操作。第一超导量子比特101通过第一耦合端口108耦合于频率为ω₃的存储谐振腔109，用于逻辑量子比特量子态的存储。存储谐振腔109和第一超导量子比特101处于失谐耦合的状态，存储谐振腔和第一超导量子比特失谐耦合的失谐量|ω₁-ω₃|取1.5吉赫兹(GHz)，大于两者的耦合强度g₂～30兆赫兹(MHz)；因而存储谐振腔的能量耗散主要为内部损耗。一般超导二维共平面微波谐振腔的内部本征品质因子可以达到10⁶，对于频率为5GHz的微波谐振腔光子寿命可以达到30μs。第一微波传输线110耦合于存储谐振腔109，通过控制在第一微波传输线上传输的微波脉冲信号的强度、长度和相位，对存储于存储谐振腔的逻辑量子比特量子态进行位移操作。

本发明实施例采用戈特斯曼、基塔耶夫和普雷斯基尔(GKP，Gottesmann、Kitaevand Preskill)提出的GKP编码在存储谐振腔109中生成计算空间中的基矢光子态。图3为本发明实施例GKP编码的示意图，如图3所示，GKP的编码基于一组对易的稳定子(Stabilizer)算符

和泡利算符

其中，D(α)表示位移算符。由于对应上述算符的基矢光子态无法实现。一般选取有限个压缩态的叠加做近似，从而在保证较高保真度的同时，保证实现的简易。比如基矢光子态可以定义为

其中，

表示一个压缩真空态，

是压缩算符，-lnΔ对应压缩比。设计Δ～0.5，相应压缩比-lnΔ～0.7，对应基矢光子态的平均光子数为

近似GKP基矢光子态取

和

其中，c₁＝c_-1＝c₀/2，这样一个近似态的保真度高于99％。采用更高的压缩比(对应更高的平均光子数

)可以提高近似态的保真度。

本发明实施例借助第一超导量子比特101可以在存储谐振腔109中制备所需的基矢光子态

和

具体的，可以通过第一微波脉冲信号和第二微波脉冲信号，将第一超导量子比特的基态|e>和激发态|g>映射为存储谐振腔中的基矢光子态|0>和|1>。本发明实施例，第一超导量子比特和存储谐振腔的系统哈密顿量写作H＝H₀+∑_kμ_kH_k；其中

表示超导量子比特和存储谐振腔的失谐耦合，χ取2π×1MHz，是失谐耦合造成的频率偏移，μ_k和H_k表示系统中可以实现的一系列操控参量及其相应的哈密顿量，可以实现的操控包括通过第二耦合端口102施加的对第一超导量子比特的共振驱动项σ_x和σ_y，和通过第一耦合端口110施加的对存储谐振腔的共振驱动项

和

如果施加的第一微波脉冲信号包含n个部分，每个部分的持续时间记为Δt_i(i＝1,2,…,n)，那么整个系统的时间演化可以写作

只要找到一系列合适的参数Δt_i和μ_k(i)，可以使得在U定义的演化下，实现从第一超导量子比特的基态|e>和激发态|g>映射为存储谐振腔109中的基矢光子态|0>和|1>即可。通过数值计算迭代方法(GRAPE，gradient-ascent pulse engineering)可以找到一组Δt_i和μ_k(i)，从而实现在存储谐振腔(109)中制备所需的GKP基矢光子态|0>和|1>；设计演化时间T＝∑_iΔt_i＝1μs，脉冲个数n＝30，通过数值计算迭代方法计算得到的基矢光子态制备保真度高。对于存储谐振腔中GKP基矢光子态的单比特量子门操作可以表示为

这些量子门实质是对基矢光子态的位移操作，可以通过在第一耦合端口施加相应强度、长度和相位的第一微波脉冲信号实现。

仍参见图3，基于GKP编码制备的基矢光子态实质上是在如图3所示的相空间的一系列格点位置有不为零概率分布的波函数。这种格点态可以用于量子纠错，大多数可能发生的量子错误会表现为波函数在相空间的位移，通过监测波函数在相空间的位移可以发现并纠正错误。单个编码逻辑量子比特的量子纠错可以借助稳定子算符的本征值测量实现。根据在前陈述，稳定子算符为

根据对易关系，测量稳定子算符不会影响编码逻辑量子比特的量子态，量子错误会导致编码逻辑量子比特的量子态的波函数在相空间发生位移，这个位移可以通过稳定子算符的本征值获知，根据测量结果在第一耦合端口施加与错误症候相反的位移操作，就可以实现量子纠错。稳定子算符本征值的测量可以借助超导量子比特通过条件位移(conditional displacement)操作实现。当在第三耦合端口对微波谐振腔施加强度为ε_s位移操作时，系统的哈密顿量写作

将上述表达式转换到位移操作对应的坐标系下，有效哈密顿量写作

其中

这个有效哈密顿量的第二项表示取决于第一超导量子比特的状态的谐振腔位移操作；图4为本发明实施例位移操作过程的脉冲示意图，通过图4所示的第一微波脉冲信号组合可以将上述有效哈密顿量的第一、三项消除，只保留第二项，从而可以完成条件位移操作

其中，

表示条件位移操作的位移量；如图4所示，在前半段演化中α₊＝α，在后半段演化中α₊＝-α。此外，通过相关原理可以确定，在条件位移操作CD(β)之后，稳定子算符的期望值可以通过测量第一超导量子比特的状态获得，即<D(β)>＝<σ_x-iσ_y>。在量子纠错过程中，一旦出现错误症候，编码逻辑量子比特的量子态会在相空间中发生位移，通过测量

和

可以分别检测编码逻辑量子比特的量子态在相空间p方向和q方向的错误，比如对编码逻辑量子比特的量子态进行条件位移操作

之后可以得到<S_p>＝<σ_x-iσ_y>，通过测量第一超导量子比特的σ_y的正负性，可以得知编码逻辑量子比特的量子态是相对向左偏移(Im(S_p)<0)还是向右偏移(Im(S_p)>0)，从而以施加相应的位移操作修正错误。

本发明实施例量子计算装置的设计具有可扩展性，可以方便的扩展为多比特芯片，图5为本发明实施例可扩展多比特计算装置的示意图，如图5所示，一个附加的第二超导量子比特111与存储的两个编码逻辑量子比特量子态(基矢光子态)的微波谐振腔失谐耦合，借助第二超导量子比特111可以对在其两侧的存储谐振腔中存储的逻辑量子比特量子态实现两比特门操作。图6为本发明实施例另一可扩展多比特量子计算装置的示意图，如图6所示，多个图5所示的结构互联可以构成多量子比特芯片。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。”。

Claims (8)

1.一种量子计算装置，包括：

至少一个第一超导量子比特；

至少一个逻辑量子比特电路，各所述逻辑量子比特电路和所述第一超导量子比特一一对应；各所述逻辑量子比特电路包括：

第一耦合端口，用于将所对应的第一超导量子比特失谐耦合于存储谐振腔；

存储谐振腔，用于存储逻辑量子比特的量子态；

第一微波传输线，用于传输施加于存储谐振腔的第一微波脉冲信号，所述第一微波脉冲信号用于在出现错误症候时，通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错；

其中，所述逻辑量子比特的量子态根据所述第一超导量子比特的量子态映射获得。

2.根据权利要求1所述的量子计算装置，其特征在于，所述逻辑量子比特量子态的错误症候通过以下方式监测：

通过所述第一超导量子比特对制备的所述逻辑量子比特量子态进行相空间中的宇称测量，获得所述逻辑量子比特量子态的波函数；

通过监测获得的所述逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移，确认是否发生所述错误症候。

3.根据权利要求1所述的量子计算装置，其特征在于，所述逻辑量子比特的量子态由基矢光子态展开获得，所述基矢光子态的制备包括：

通过施加一定时间长度的第一微波脉冲信号和第二微波脉冲信号，将第一超导量子比特的基态和激发态映射获得的存储谐振腔中的基矢光子态；

其中，所述第一微波脉冲信号和所述第二微波脉冲信号分割为两个或两个以上序列，每个序列中微波脉冲信号的频率、幅度和相位通过预设的数值计算方法获得。

4.根据权利要求1所述的量子计算装置，其特征在于，所述逻辑量子比特的量子态包括：

由采用GKP编码方式在存储谐振腔中生成的计算空间中的基矢光子态编码生成。

5.根据权利要求2所述的量子计算装置，其特征在于，所述通过监测获得的逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移，包括：

由稳定子算符的本征值，确定所述逻辑量子比特量子态的波函数在相空间的位移。

6.根据权利要求2所述的量子计算装置，其特征在于，所述通过对存储谐振腔中的逻辑量子比特量子态进行位移操作进行纠错，包括：

根据所述第一超导量子比特对所述逻辑量子比特量子态的稳定子算符本征值的宇称测量的结果，通过所述第一耦合端口对所述存储谐振腔中的所述逻辑量子比特量子态进行与所述错误症候相反的位移操作。

7.根据权利要求1～6任一项所述的量子计算装置，其特征在于，所述量子计算装置还包括：

至少一个共平面微波传输线；

至少一个耦合电路，各所述耦合电路和所述第一超导量子比特一一对应；各所述耦合电路分别包括：

读取用共平面超导微波谐振腔，和所对应的所述第一超导量子比特处于失谐状态，根据所述第一超导量子比特的状态进行共振频率移动；

金属电极，用于连接外部电路；

第二耦合端口，用于将对应的所述第一超导量子比特耦合于所述读取用共平面超导微波谐振腔；

第三耦合端口，用于将所对应的所述第一超导量子比特耦合于所述共平面第二微波传输线；

第二微波传输线，用于传输施加在对应的第一超导量子比特上的第二微波脉冲信号；所述第二微波脉冲信号能够调节以对所述对应的第一超导量子比特进行单比特量子逻辑门操作。

8.根据权利要求7所述的量子计算装置，其特征在于，所述量子计算装置还包括：至少一个第二超导量子比特，每一个所述第二超导量子比特通过两个所述第一耦合端口分别失谐耦合一个存储谐振腔，通过所述第二耦合端口将对应的第二超导量子比特耦合于所述共平面超导微波谐振腔，用于：

根据其中一个存储谐振腔中的光子态对另一个存储谐振腔中的所述逻辑量子比特量子态执行位移操作，以实现两比特的编码逻辑量子比特的量子态的门操作。

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