CN113394535A - 量子计算芯片读出谐振腔的设计方法及谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法及谐振腔，采用共面波导谐振腔设计，谐振腔通过电容分别与微波传输线以及量子比特耦合，可以有效地读出量子比特的状态，实现量子计算芯片的读取功能。一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法，包括以下步骤S1.确定谐振腔中心频率，通过数学模型确定谐振腔设计参数；S2.绘制谐振腔，其中腔长按照其中心导体中心线计算，将谐振腔弯折；S3.绘制耦合电容，与Xmon结构量子比特十字电容耦合，另确定与传输线平行部分谐振腔的长度与距离，与微波传输线形成电容耦合。
Description
技术领域
本发明涉及一种谐振腔的设计方法，具体涉及一种量子计算芯片读出谐振腔方法及谐振腔，属于量子计算芯片技术领域。
背景技术
超导共面波导谐振腔和量子比特耦合的系统，形成了线路腔量子电动力学体系，可以作为量子计算的基本元件。其中，超导共面波导谐振腔可以作为量子比特的读出电路，反映量子比特的状态，对于超导共面波导谐振腔与量子比特耦合的系统，可以让比特与谐振腔处于色散极限下对比特进行读出， 色散极限是指比特频率与谐振腔频率之差较大，处于大失谐状态。作为量子计算芯片的重要一环，读出电路设计的好坏将直接影响整个量子芯片的性能，读出谐振腔的设计显得尤为重要。
发明内容
本发明目的是提供了一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法及谐振腔，采用共面波导谐振腔设计，谐振腔通过电容分别与微波传输线以及量子比特耦合，可以有效地读出量子比特的状态，实现量子计算芯片的读取功能。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法，包括以下步骤
S1. 确定谐振腔中心频率，通过数学模型确定谐振腔设计参数；
S2. 绘制谐振腔，其中腔长按照其中心导体中心线计算，将谐振腔弯折；
S3. 绘制耦合电容，与Xmon结构量子比特十字电容耦合，另确定与传输线平行部分谐振腔的长度与距离，与微波传输线形成电容耦合。
所述量子计算芯片读出谐振腔的设计方法优选方案，谐振腔的长度为四分之一波长共面波导谐振，设计参数包括腔长，中心导体宽度，缝隙宽度和膜厚。
所述量子计算芯片读出谐振腔的设计方法优选方案，谐振腔弯曲处均为正1/4圆与正1/2圆，两谐振腔间距均为20μm。
一种谐振腔，谐振腔由所述的量子计算芯片读出谐振腔的设计方法设计得到。
本发明的优点在于：
1.采用共面波导谐振腔设计，在芯片制备过程中，非常方便接地；
2.传输线波阻抗仅取决于中心导体宽度与间隙宽度，其他参数影响不大，便于阻抗匹配；
3.采用四分之一波长谐振腔设计，缩短了腔长，同时将谐振腔弯折减小其面积，便于多比特芯片布线；
4.通过两个电容与量子比特和微波传输线分别耦合，且电容值可通过改变几何尺寸改变，便于耦合不同样品。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是共面波导谐振腔横截面图与参数标识。
图2是量子芯片读出谐振腔设计版图。
图3共面波导谐振腔弯曲处示意图。
图4是该读出谐振腔与量子比特十字电容耦合示意图。
图5是该读出谐振腔与微波传输线电容耦合示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述读出电路设计的好坏将直接影响整个量子芯片的性能，读出谐振腔的设计显得尤为重要，本发明提供了一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法。
本发明具体方案如下：
一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法，包括以下步骤
S1. 确定谐振腔中心频率，通过数学模型确定谐振腔设计参数，谐振腔的长度为四分之一波长共面波导谐振，设计参数包括腔长，中心导体宽度，缝隙宽度和膜厚；
S2. 绘制谐振腔，其中腔长按照其中心导体中心线计算，将谐振腔弯折，谐振腔弯曲处均为正1/4圆与正1/2圆，两谐振腔间距均为20μm；
S3. 绘制耦合电容，与Xmon结构量子比特十字电容耦合，另确定与传输线平行部分谐振腔的长度与距离，与微波传输线形成电容耦合。
一种谐振腔，谐振腔由所述的量子计算芯片读出谐振腔的设计方法设计得到。
实施例
一种量子计算芯片读出谐振腔方法，包括以下步骤：
S1. 确定谐振腔中心频率，通过数学模型确定四分之一波长共面波导谐振腔设计参数，包括腔长，中心导体宽度，缝隙宽度，膜厚，如附图1，其中腔长c=3.12mm，中心导体宽度a=10μm，缝隙宽度（b-a）/2=6μm，衬底厚度h=0.5mm，介电常数εr=11.7，膜厚100nm；
S2. 绘制谐振腔，其中腔长按照其中心导体中心线计算，将共面波导谐振腔弯折以减小占据空间面积，便于布线，如附图2，共面波导谐振腔弯曲处均为正1/4圆与正1/2圆，两共面波导谐振腔间距均为20μm，如附图3；
S3. 绘制耦合电容，与Xmon结构量子比特十字电容耦合，如附图4，谐振腔与量子比特四周间隙均为3μm，“Y”字电容长度为90μm，宽度为110μm，Ansys仿真计算得到共面波导谐振腔与量子比特之间的耦合电容约为3.17fF，耦合强度为54.8MHz；
另确定与传输线平行部分谐振腔的长度与距离，与微波传输线形成电容耦合，如附图5，传输线与共面波导谐振腔平行部分间距3μm，长度500μm，通过Ansys HFSS仿真得传输系数S21吸收峰约为9.55GHz，与设计值相符，耦合适中。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种量子计算芯片读出谐振腔的设计方法，其特征在于：包括以下步骤
S1. 确定谐振腔中心频率，通过数学模型确定谐振腔设计参数；
S2. 绘制谐振腔，其中腔长按照其中心导体中心线计算，将谐振腔弯折；
S3. 绘制耦合电容，与Xmon结构量子比特十字电容耦合，另确定与传输线平行部分谐振腔的长度与距离，与微波传输线形成电容耦合。
2.根据权利要求1所述量子计算芯片读出谐振腔的设计方法，其特征在于：谐振腔的长度为四分之一波长共面波导谐振，设计参数包括腔长，中心导体宽度，缝隙宽度和膜厚。
3.根据权利要求1所述量子计算芯片读出谐振腔的设计方法，其特征在于：谐振腔弯曲处均为正1/4圆与正1/2圆，两谐振腔间距均为20μm。
4.一种谐振腔，其特征在于，所述谐振腔由如权利要求1-3任一项所述的量子计算芯片读出谐振腔的设计方法设计得到。
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