CN113037294A - 基于超导电子学的多量子比特控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于超导电子学的多量子比特控制装置和方法，先将微波脉冲转换为SFQ脉冲信号；其次，将SFQ脉冲信号复制为N路与之相同的SFQ子脉冲信号；再将N路SFQ子脉冲信号分别转换为N路周期不同的SFQ输出脉冲信号；最后，将N路SFQ输出脉冲信号分别耦合到转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个不同周期的量子比特的控制；本发明通过单个微波源驱动的DC/SFQ转换器实现对多个不同频率的量子比特进行状态控制，节省了微波源、DC/SFQ转换器、微波源到DC/SFQ转换器之间的微波器件和连线的数量，有利于低温条件下实现对较大规模量子比特的控制及对应装置的集成。
Description
技术领域
本发明涉及量子计算领域，特别是涉及一种基于超导电子学的多量子比特控制装置和方法。
背景技术
基于约瑟夫森结的超导量子电路凭借其设计、制备、测量与集成电路的高兼容性，和高于基于拓扑表面编码实现量子计算容错阈值的门操作和测量保真度，在实现规模化量子计算上显示极高的应用潜力。
当前主流的基于微波的量子比特控制方法，基于N路相干微波源以及相应的滤波器、混频器、放大器、衰减器、环形器、隔离器等微波器件和微波连线进行实现，但随着超导量子电路规模的扩大，控制量子比特的数目增加，所用到的微波器件的热承和物理尺寸随之增大，受制于制冷机和空间限制，不能适应更大规模量子计算的需要；同时，微波器件间不断增加的连线数量，增加了对量子比特操控和测量的反馈延时。因此，如何低温条件下实现对较大规模量子比特的控制及对应装置的集成已成为进一步拓展量子计算规模的关键。本专利所提出的基于超导电子学的新的多量子比特控制方法可以解决此问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种完整的基于超导电子学的多量子比特控制装置和方法，用于解决现有技术中不能适应更大规模量子计算的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于超导电子学的多量子比特控制装置。
所述多量子比特控制装置包括：DC/SFQ(Direct Current/Single Flux Quantum，直流/单磁通量子)转换器，第一分路模块，与门模块，模计数模块和耦合模块；
所述DC/SFQ转换器为基于约瑟夫森结的器件，接收一定周期的微波源，输出与所述微波源周期相等的SFQ(Single Flux Quantum，单磁通量子)脉冲信号；
所述第一分路模块与所述DC/SFQ转换器连接，基于SFQ脉冲信号，将SFQ脉冲信号复制为N路与SFQ脉冲信号相同的SFQ子脉冲信号；
所述与门模块包括N个与门单元，各与门单元与第一分路模块的N个输出端一一对应连接，所述与门单元基于约瑟夫森传输线实现与门功能，第一输入信号为SFQ子脉冲信号，第二输入信号为偏置电流；基于所述偏置电流的有无来控制是否将所述SFQ子脉冲信号输出至对应的耦合单元；
所述模计数模块包括N个不同的模计数单元：模M1计数单元，模M2计数单元…模Mi计数单元…模MN计数单元；各个模计数单元分别与各与门单元的输出端一一对应连接，各个模计数单元分别基于所述SFQ子脉冲信号进行周期变换，输出N路SFQ输出脉冲信号：第一SFQ输出脉冲信号，第二SFQ输出脉冲信号…第i SFQ输出脉冲信号…第N SFQ输出脉冲信号，各路SFQ输出脉冲信号的周期分别为所述SFQ脉冲信号周期的M1，M2…Mi…MN倍，其中M1，M2…Mi…MN为不相等且大于1的自然数，1≤i≤N；
所述耦合模块包括N个耦合单元，分别将N路SFQ输出脉冲信号耦合至转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个量子比特的控制；其中，N为大于1的自然数。
可选地，所述多量子比特控制装置还包括译码器，所述译码器和各与门单元连接，接收第一控制信号，输出N路偏置电流控制信号，分别用来控制N路偏置电流的有无。
可选地，所述耦合单元为电容。
可选地，当Mi＝2k时(k为自然数)，所述模Mi计数单元由k个T触发器串联组成。
可选地，当Mi≠2k时，所述模Mi计数单元由合路器，模Mi+1计数单元和第二分路模块组成：
所述合路器第一输入端与所述与门单元输出端连接，第二输入端与所述第二分路模块第一输出端连接，用于将所述SFQ子脉冲信号和SFQ分路脉冲信号合并到同一路，输出SFQ合并脉冲信号；
所述模Mi+1计数单元和所述合路器输出端连接，基于所述SFQ合并脉冲信号，输出SFQ变换脉冲信号，所述SFQ变换脉冲信号的周期为所述SFQ合并脉冲信号的周期的Mi+1倍；
所述第二分路模块和所述模Mi+1计数单元输出端连接，基于所述SFQ变换脉冲信号输出与之相同的两路信号，一路输出到所述合路器的第二输入端，另一路作为SFQ输出脉冲信号输出。
本发明还提供一种基于超导电子学的多量子比特控制方法，所述多量子比特控制方法包括以下步骤：
S1：将周期为T的微波脉冲转换为周期为T的SFQ脉冲信号，输出SFQ脉冲信号；
S2：将SFQ脉冲信号复制为N路与之相同脉冲信号，输出N路SFQ子脉冲信号；
S3：将N路SFQ子脉冲信号分别转换为N路周期不同的SFQ输出脉冲信号，各路SFQ输出脉冲信号的周期均为所述SFQ脉冲信号周期的大于1的整数倍；
S4：将N路SFQ输出脉冲信号分别耦合到转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个周期不同的量子比特的控制；其中，N为大于1的自然数。
可选地，所述多量子比特控制方法在步骤S3之前还包括控制步骤：接收第一控制信号，输出N路偏置电流控制信号，分别用来控制N路与门单元输入的偏置电流的有无，从而控制各路的SFQ子脉冲信号是否进行步骤S3。
可选地，所述与门单元基于约瑟夫森传输线实现，当没有偏置电流输入时，输入的SFQ子脉冲信号不足使约瑟夫森结失去超导态，所述SFQ子脉冲信号会通过超导的约瑟夫森结到地，即所述SFQ子脉冲信号不会再进行步骤S3；当有偏置电流时，所述偏置电流使流过约瑟夫森结的电流接近其临界电流，约瑟夫森结的超导态被破坏，输入的SFQ子脉冲信号进行步骤S3。
可选地，在步骤S4中，通过N个电容，分别将N路SFQ输出脉冲信号耦合到转变频率与之匹配的量子比特。
可选地，在步骤S3中，所述SFQ输出脉冲信号的周期为所述SFQ脉冲信号周期的Mi倍，其中Mi为大于1的自然数；
当Mi＝2k时，k为自然数，基于K个串联的T触发器实现对SFQ子脉冲信号周期的变换，输出所述SFQ输出脉冲信号。
可选地，当Mi≠2K时，k为自然数，所述SFQ子脉冲信号先通过合路器将所述SFQ子脉冲信号和SFQ分路脉冲信号合并到同一路，输出SFQ合并脉冲信号；再通过模Mi+1计数单元将所述SFQ合并脉冲信号周期变换为所述SFQ合并脉冲信号的Mi+1倍，输出SFQ变换脉冲信号；基于第二分路模块将SFQ变换脉冲信号分成两路与所述SFQ变换脉冲信号相同的信号，一路作为所述SFQ分路脉冲信号输出到所述合路器，另一路作为所述SFQ输出脉冲信号输出。
如上所述，本发明的基于超导电子学的多量子比特控制装置和方法，具有以下有益效果：
本发明通过单个微波源驱动的DC/SFQ转换器实现对多个不同频率的量子比特进行状态控制，节省了微波源、DC/SFQ转换器、微波源到DC/SFQ转换器之间的微波器件和连线的数量，有利于低温条件下实现对较大规模量子比特的控制及对应控制装置的集成。
附图说明
图1显示为SFQ脉冲信号对量子比特的状态矢量在布洛赫球上旋转控制的示意图。
图2显示为本发明的基于超导电子学的多量子比特控制装置的组成框图。
图3显示为当Mi≠2k时，模Mi计数单元的组成框图。
图4显示为基于约瑟夫森传输线实现的与门示意图。
图5显示为模3计数单元的组成框图。
图6显示为模3计数单元的仿真图。
元件标号说明
1 DC/SFQ转换器
2 第一分路模块
3 与门模块
31 第一与门单元
32 第二与门单元
33 第i与门单元
34 第N与门单元
4 模计数模块
41 模M1计数单元
42 模M2计数单元
43 模Mi计数单元
431 合路器
432 模Mi+1计数单元
4321 第一T触发器
4322 第二T触发器
433 第二分路模块
434 约瑟夫森传输线
44 模MN计数单元
5 耦合模块
51 第一耦合单元
52 第二耦合单元
53 第i耦合单元
54 第N耦合单元
6 译码器
S1～S4 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供基于超导电子学的一种多量子比特控制装置。
当一个约瑟夫森结施加一恒定电流，这个系统可等价为一个搓衣板势阱中运动的粒子，当偏置电流加上输入电流超过约瑟夫森结的临界电流时，粒子在势阱中滚动，在输出端输出一个电压脉冲，其时间积分等于一个磁通量子Φ0(约2.07×10-15Wb)，即所谓的超导SFQ脉冲。
将SFQ脉冲序列通过电容值为CC的电容耦合到超导量子比特(以下简称量子比特)，系统的哈密顿量表示为：
取系统最低两个能级作为量子比特，则SFQ脉冲驱动的哈密顿量表示为：
如图1所示，可以看到每个SFQ脉冲会使描述量子比特的状态矢量在布洛赫球上绕Y轴旋转，旋转角度为：
如图1所示，量子比特本身的状态演化反映到布洛赫球上是以角速度ω10绕Z轴旋转，所以对量子比特施以时间间距为
或ST(S为正整数)的SFQ脉冲可以使量子比特状态累积实现π角度的旋转。
同理，周期为MT的SFQ脉冲序列可以实现对周期为MT的量子比特的控制(其中M为正整数)。
基于以上原理，如图2所示，本实施例的基于超导电子学的多量子比特控制装置包括：DC/SFQ转换器1，第一分路模块2，与门模块3，模计数模块4和耦合模块5。
所述DC/SFQ转换器1为基于约瑟夫森结的器件，接收一定周期的微波源，输出与所述微波源周期相等的SFQ脉冲信号。
需要说明的是，所述SFQ脉冲信号与所述微波源周期相等的意思为，相邻两个SFQ脉冲的时间间隔为所述微波源的周期。
所述第一分路模块2与所述DC/SFQ转换器1连接，基于所述SFQ脉冲信号，将所述SFQ脉冲信号复制为N路与SFQ脉冲信号相同的SFQ子脉冲信号：第一SFQ子脉冲信号，第二SFQ子脉冲信号…第i SFQ子脉冲信号…第N SFQ子脉冲信号；N为大于1的自然数。
所述与门模块3包括N个与门单元：第一与门单元31，第二与门单元32…第i与门单元33…第N与门单元34；如图2所示，各与门单元与第一分路模块2的N个输出端一一对应连接，各个与门单元基于约瑟夫森传输线434实现与门功能，各个与门单元的第一输入信号为对应的SFQ子脉冲信号，第二输入信号为偏置电流；基于偏置电流的有无来控制是否将所述SFQ子脉冲信号输出至对应的模计数单元。
如图4所示，所述与门单元基于约瑟夫森传输线434实现与门功能，当所述与门单元的第二输入端口没有偏置电流输入时，第一输入端口输入的第i SFQ子脉冲信号不足使约瑟夫森结失去超导态，脉冲会通过超导的约瑟夫森结到地，第i SFQ子脉冲信号不会输出至对应的模计数单元；当所述与门单元的第二输入端口有偏置电流输入时，所述偏置电流使流过约瑟夫森结的电流接近其临界电流，约瑟夫森结的超导态被破坏，从而当第一输入端口有第i SFQ脉冲输入时，第i SFQ子脉冲信号输出至对应的模计数单元。
具体地，所述多量子比特控制装置还包括译码器6，所述译码器6接收第一控制信号，输出N路偏置电流控制信号，用来控制N路偏置电流的有无，从而控制N路SFQ子脉冲信号是否输出至对应的模计数单元的输入端。
需要说明的是，当所述译码器6为q位译码器时，输出信号最多为2q路，即最多可实现控制2q路偏置电流的有无。
具体地，所述模计数模块4包括N个不同的模计数单元：模M1计数单元41，模M2计数单元42…模Mi计数单元43…模MN计数单元44；各个模计数单元分别与各个与门单元的输出端一一对应连接，各个模计数单元分别基于所述SFQ子脉冲信号进行周期变换，输出N路SFQ输出脉冲信号：第一SFQ输出脉冲信号，第二SFQ输出脉冲信号…第i SFQ输出脉冲信号…第N SFQ输出脉冲信号，各路SFQ输出脉冲信号的周期分别为所述SFQ脉冲信号周期的M1，M2…Mi…MN倍，其中M1，M2…Mi…MN为不相等且大于1的自然数，1≤i≤N。根据Mi是否可以表示为2的整数次方，所述模Mi计数单元43有不同的组成。
需要说明的是，模Mi计数单元43的功能是每输入Mi个SFQ脉冲，输出1个SFQ脉冲，即将周期为T的SFQ子脉冲信号转换为周期为MiT的SFQ输出脉冲信号。
具体地，当Mi＝2k时(k为自然数)，所述模Mi计数单元43由k个T触发器串联组成。
需要说明的是，对于SFQ子脉冲信号，状态1和0分别对应有无SFQ脉冲，因此当SFQ子脉冲信号输入T触发器时，会输出脉冲间隔加倍的SFQ脉冲序列，即实现对SFQ子脉冲信号的二分频。所以T触发器本身可以作为一种SFQ模2计数单元，进而将k个T触发器串联，即可实现模2k计数单元。
如图3所示，当Mi≠2k时，所述模Mi计数单元43由合路器431，模Mi+1计数单元432和第二分路模块433组成。
所述合路器431第一输入端与所述与门单元输出端连接，第二输入端和所述第二分路模块433的第一输出端连接，用于将所述SFQ子脉冲信号和SFQ分路脉冲信号合并到同一路，输出SFQ合并脉冲信号。
所述模Mi+1计数单元432的输入端和所述合路器431输出端连接，基于所述SFQ合并脉冲信号，输出SFQ变换脉冲信号，所述SFQ变换脉冲信号的周期为所述SFQ合并脉冲信号的周期的Mi+1倍。
所述第二分路模块433输入端和所述模Mi+1计数单元432输出端连接，基于所述SFQ变换脉冲信号输出与所述SFQ变换脉冲信号相同的两路信号，一路输出到所述合路器431的第二输入端，另一路作为SFQ输出脉冲信号输出至对应的耦合单元。
如图3所示，当有t个脉冲输入时，输出脉冲数量为：
即实际上基于模Mi+1计数单元432实现了模Mi计数单元43。
需要说明的是，基于模Mi+1计数单元432实现模Mi计数单元43，结合由k个T触发器串联可以实现模2k计数单元，显然地，由数学归纳法，Mi为任意自然数的模Mi计数单元43均可以被实现。
作为示例，图5为模3计数单元的电路框图，由合路器431、第一T触发器4321、第二T触发器4322、第二分路模块433组成，其中第一T触发器4321和第二T触发器4322通过约瑟夫森传输线434串联组成模4计数单元，图中约瑟夫森传输线434仅在布线中起连接作用。图6为模3计数单元在仿真软件PSCAN2仿真图，从图6中可以看出，当SFQ子脉冲信号每输入3个SFQ脉冲，SFQ输出脉冲信号对应输出一个SFQ脉冲，即实现了模3计数单元。
需要说明的是，各个T触发器的输出端口还包括电路状态检测端口(图5中未标出)，用来检测各个电路的状态。
具体地，所述耦合模块5包括N个耦合单元：第一耦合单元51，第二耦合单元52…第i耦合单元53…第N耦合单元54，分别将N路SFQ输出脉冲信号耦合至转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个周期不同的量子比特的控制。
更具体地，作为示例，所述耦合单元为电容。
需要说明的是，所述耦合单元的组成包括单不限于本实施例中所列举，任意能将所述SFQ输出脉冲信号耦合到转变频率与之匹配的量子比特的耦合单元的组成均满足该发明。
需要说明的是，在本实施例中，出于布局布线考虑，基于超导电子学的多量子比特控制装置的各个模块、各个器件、各个单元相互之间的连接均可以选择通过约瑟夫森传输线434进行实现(图2、图3中未标注出)；所述约瑟夫森传输线434仅起到连接和信号传输的作用，且并非必须。
综上所述，在本实施例中，仅基于一个微波源、一个DC/SFQ转换器1，第一分路模块2，与门模块3、模计数模块4和耦合模块5，实现对N个周期不同的量子比特的控制，节省了微波源、DC/SFQ转换器、微波源到DC/SFQ转换器之间的微波器件和连线的数量，从而能够适应更大规模量子计算的需要。
实施例二
本实施例公开一种基于超导电子学的多量子比特控制方法，在本实施例中，所述多量子比特控制方法基于实施例一的基于超导电子学的多量子比特控制装置实现，在实际应用中该方法可以基于任意能够实现本方法的装置进行而不限于本实施例。所述多量子比特控制方法包括以下步骤：
S1：基于DC/SFQ转换器1将周期为T的微波脉冲转换为周期为T的SFQ脉冲信号，输出SFQ脉冲信号；
S2：基于第一分路模块2将SFQ脉冲信号复制为N路与之相同脉冲信号，输出N路SFQ子脉冲信号；其中，N为大于1的自然数
S3：基于N个模计数单元将N路SFQ子脉冲信号分别转换为N路周期不同的SFQ输出脉冲信号，各路SFQ输出脉冲信号的周期均为所述SFQ脉冲信号周期大于1的整数倍；
S4：基于N个耦合单元，将N路SFQ输出脉冲信号分别耦合到转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个不同周期的量子比特的控制。
具体地，所述多量子比特控制方法在步骤S3之前还包括基于译码器6的控制步骤：所述译码器6接收第一控制信号，输出N路偏置电流控制信号，分别用来控制N路与门单元输入的偏置电流的有无，从而控制各路的SFQ子脉冲信号是否输出至对应的模计数单元。
更具体地，所述与门单元基于约瑟夫森传输线434实现，当没有偏置电流输入时，输入的SFQ子脉冲信号不足使约瑟夫森结失去超导态，SFQ子脉冲信号会通过超导的约瑟夫森结到地，SFQ子脉冲信号不会输出至对应的模计数单元；当有偏置电流时，所述偏置电流使流过约瑟夫森结的电流接近其临界电流，约瑟夫森结的超导态被破坏，当输入端口有SFQ子脉冲信号输入时，SFQ子脉冲信号输出至对应的模计数单元。
进一步地，所述SFQ输出脉冲信号的周期为所述SFQ脉冲信号周期的Mi倍，其中Mi为大于1的自然数；根据Mi是否可以表示为2的整数次方，所述模Mi计数单元43有不同的组成。
当Mi＝2k时(k为自然数)，所述模Mi计数单元43通过K个串联的T触发器实现对第一子SFQ脉冲信号周期的变换，输出SFQ输出脉冲信号；
当Mi≠2k时(k为自然数)，所述SFQ子脉冲信号先通过合路器431将所述SFQ子脉冲信号和SFQ分路脉冲信号合并到同一路，输出SFQ合并脉冲信号；再通过模Mi+1计数单元432将所述SFQ合并脉冲信号周期变换为所述SFQ合并脉冲信号的Mi+1倍，输出SFQ变换脉冲信号；基于第二分路模块433将所述SFQ变换脉冲信号分成两路与所述SFQ变换脉冲信号相同的信号，一路作为SFQ分路脉冲信号输出到所述第二合路单元，另一路作为SFQ输出脉冲信号输出至对应的耦合单元。
综上所述，本发明提供一种基于超导电子学的多量子比特控制装置和方法，首先，将周期为T的微波脉冲转换为周期为T的SFQ脉冲信号，输出SFQ脉冲信号；其次，将SFQ脉冲信号复制为N路与之相同脉冲信号，输出N路SFQ子脉冲信号；再将N路SFQ子脉冲信号分别转换为N路周期不同的SFQ输出脉冲信号，各路SFQ输出脉冲信号的周期均为所述SFQ脉冲信号周期大于1的整数倍；最后，将N路SFQ输出脉冲信号分别耦合到转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个不同周期的量子比特的控制；本发明通过单个微波源驱动的DC/SFQ转换器1实现对多个不同频率的量子比特进行状态控制，节省了微波源、DC/SFQ转换器1、微波源到DC/SFQ转换器1之间的微波器件和连线的数量，有利于低温条件下实现对较大规模量子比特的控制和相应控制装置的集成。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种基于超导电子学的多量子比特控制装置，其特征在于，所述多量子比特控制装置包括：直流/单磁通量子转换器，第一分路模块，与门模块，模计数模块和耦合模块；
所述直流/单磁通量子转换器为基于约瑟夫森结的器件，接收一定周期的微波源，输出与所述微波源周期相等的单磁通量子脉冲信号；
所述第一分路模块与所述直流/单磁通量子转换器连接，基于单磁通量子脉冲信号，将单磁通量子脉冲信号复制为N路与单磁通量子脉冲信号相同的单磁通量子子脉冲信号；
所述与门模块包括N个与门单元，各与门单元与第一分路模块的N个输出端一一对应连接，所述与门单元基于约瑟夫森传输线实现与门功能，第一输入信号为单磁通量子子脉冲信号，第二输入信号为偏置电流；基于所述偏置电流的有无来控制是否将所述单磁通量子子脉冲信号输出至对应的耦合单元；
所述模计数模块包括N个不同的模计数单元：模M1计数单元，模M2计数单元…模Mi计数单元…模MN计数单元；各个模计数单元分别与各与门单元的输出端一一对应连接，各个模计数单元分别基于所述单磁通量子子脉冲信号进行周期变换，输出N路单磁通量子输出脉冲信号：第一单磁通量子输出脉冲信号，第二单磁通量子输出脉冲信号…第i单磁通量子输出脉冲信号…第N单磁通量子输出脉冲信号，各路单磁通量子输出脉冲信号的周期分别为所述单磁通量子脉冲信号周期的M1，M2…Mi…MN倍，其中M1，M2…Mi…MN为不相等且大于1的自然数，1≤i≤N；
所述耦合模块包括N个耦合单元，分别将N路单磁通量子输出脉冲信号耦合至转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个量子比特的控制；
其中，N为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的基于超导电子学的多量子比特控制装置，其特征在于：所述多量子比特控制装置还包括译码器，所述译码器和各与门单元连接，接收第一控制信号，输出N路偏置电流控制信号，分别用来控制N路偏置电流的有无。
3.根据权利要求1所述的基于超导电子学的多量子比特控制装置，其特征在于：所述耦合单元为电容。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于超导电子学的多量子比特控制装置，其特征在于：当Mi＝2k时，所述模Mi计数单元由k个T触发器串联组成，k为自然数。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的基于超导电子学的多量子比特控制装置，其特征在于：当Mi≠2k时，k为自然数，所述模Mi计数单元由合路器，模Mi+1计数单元和第二分路模块组成：
所述合路器第一输入端与所述与门单元输出端连接，第二输入端与所述第二分路模块第一输出端连接，用于将所述单磁通量子子脉冲信号和单磁通量子分路脉冲信号合并到同一路，输出单磁通量子合并脉冲信号；
所述模Mi+1计数单元和所述合路器输出端连接，基于所述单磁通量子合并脉冲信号，输出单磁通量子变换脉冲信号，所述单磁通量子变换脉冲信号的周期为所述单磁通量子合并脉冲信号的周期的Mi+1倍；
所述第二分路模块和所述模Mi+1计数单元输出端连接，基于所述单磁通量子变换脉冲信号输出与之相同的两路信号，一路输出到所述合路器的第二输入端，另一路作为单磁通量子输出脉冲信号输出。
6.一种基于超导电子学的多量子比特控制方法，其特征在于：所述多量子比特控制方法包括以下步骤：
S1：将周期为T的微波脉冲转换为周期为T的单磁通量子脉冲信号，输出单磁通量子脉冲信号；
S2：将单磁通量子脉冲信号复制为N路与之相同脉冲信号，输出N路单磁通量子子脉冲信号；
S3：将N路单磁通量子子脉冲信号分别转换为N路周期不同的单磁通量子输出脉冲信号，各路单磁通量子输出脉冲信号的周期均为所述单磁通量子脉冲信号周期的大于1的整数倍；
S4：将N路单磁通量子输出脉冲信号分别耦合到转变频率与之匹配的量子比特，从而实现对N个周期不同的量子比特的控制；
其中，N为大于1的自然数。
7.根据权利要求6所述的基于超导电子学的多量子比特控制方法，其特征在于：所述多量子比特控制方法在步骤S3之前还包括控制步骤：接收第一控制信号，输出N路偏置电流控制信号，分别用来控制N路与门单元输入的偏置电流的有无，从而控制各路的单磁通量子子脉冲信号是否进行步骤S3。
8.根据权利要求7所述的基于超导电子学的多量子比特控制方法，其特征在于：所述与门单元基于约瑟夫森传输线实现，当没有偏置电流输入时，输入的单磁通量子子脉冲信号不足使约瑟夫森结失去超导态，所述单磁通量子子脉冲信号会通过超导的约瑟夫森结到地，即所述单磁通量子子脉冲信号不会再进行步骤S3；当有偏置电流时，所述偏置电流使流过约瑟夫森结的电流接近其临界电流，约瑟夫森结的超导态被破坏，输入的单磁通量子子脉冲信号进行步骤S3。
9.根据权利要求6所述的基于超导电子学的多量子比特控制方法，其特征在于：在步骤S4中，通过N个电容，分别将N路单磁通量子输出脉冲信号耦合到转变频率与之匹配的量子比特。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的基于超导电子学的多量子比特控制方法，其特征在于：在步骤S3中，所述单磁通量子输出脉冲信号的周期为所述单磁通量子脉冲信号周期的Mi倍，其中Mi为大于1的自然数；
当Mi＝2k时，k为自然数，基于K个串联的T触发器实现对单磁通量子子脉冲信号周期的变换，输出所述单磁通量子输出脉冲信号。
11.根据权利要求6-9任意一项所述的基于超导电子学的多量子比特控制方法，其特征在于：在步骤S3中，所述单磁通量子输出脉冲信号的周期为所述单磁通量子脉冲信号周期的Mi倍，其中Mi为大于1的自然数；
当Mi≠2K时，k为自然数，所述单磁通量子子脉冲信号先通过合路器将所述单磁通量子子脉冲信号和单磁通量子分路脉冲信号合并到同一路，输出单磁通量子合并脉冲信号；再通过模Mi+1计数单元将所述单磁通量子合并脉冲信号周期变换为所述单磁通量子合并脉冲信号的Mi+1倍，输出单磁通量子变换脉冲信号；基于第二分路模块将单磁通量子变换脉冲信号分成两路与所述单磁通量子变换脉冲信号相同的信号，一路作为所述单磁通量子分路脉冲信号输出到所述合路器，另一路作为所述单磁通量子输出脉冲信号输出。
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