CN115329973A - 仿真方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

仿真方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开提供了仿真方法及装置、设备存储介质，涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机、量子仿真领域。具体实现方案为：仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息；以及基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。如此，无需对量子芯片版图进行建模即可便捷地得到量子芯片版图中目标器件之间的耦合强度。

Description

仿真方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本公开涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机、量子仿真领域。
背景技术
在整个量子芯片版图设计中，特征参数的设计是非常关键的一部分。比如，不同器件间耦合强度的设计是重中之重。因此，亟需一种方案以便捷地求得量子芯片版图中目标器件之间的耦合强度。
发明内容
本公开提供了一种仿真方法、装置、设备及存储介质。
根据本公开的一方面，提供了一种仿真方法，包括：
仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息；以及
基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
根据本公开的另一方面，提供了一种仿真装置，包括：
仿真单元，用于仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息；
计算单元，用于基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行本公开中任一实施例的方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，该计算机指令用于使该计算机执行根据本公开中任一实施例的方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现根据本公开中任一实施例的方法。
这样，能无需对量子芯片版图进行建模即可便捷地得到量子芯片版图中目标器件(比如第一目标器件和第二目标器件)之间的耦合强度，因此，更适用于量子芯片版图中量子比特数目较多的场景。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图一；
图2是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图二；
图3是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图三；
图4是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图四；
图5(a)和图5(b)是根据本公开一实施例量子芯片版图的结构示意图；
图6是根据本公开一实施例仿真方法在一具体示例中的实现流程示意图；
图7(a)是根据本公开一实施例中示例一中量子芯片版图的结构示意图；
图7(b)是示例一中本公开方案得到的仿真结果与现有方案的仿真结果的对比图；
图7(c)是示例二中本公开方案得到的仿真结果与现有方案的仿真结果的对比图；
图8(a)是根据本公开一实施例中示例三中量子芯片版图的结构示意图；
图8(b)是示例三中本公开方案得到的仿真结果与现有方案的仿真结果的对比图；
图9是根据本公开一实施例仿真装置的结构示意图；
图10是用来实现本公开实施例的仿真方法的电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。本文中术语“第一”、“第二”表示指代多个类似的技术用语并对其进行区分，并不是限定顺序的意思，或者限定只有两个的意思，例如，第一特征和第二特征，是指代有两类/两个特征，第一特征可以为一个或多个，第二特征也可以为一个或多个。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，缺少某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
作为后摩尔时代的标志性技术，量子计算的研究和发展备受学术界和工业界关注。与传统计算相比，量子计算在求解诸如大数分解之类的难题时有着显著优势，同时也为量子多体、量子化学模拟等前沿研究带来新的思路。各种潜在的量子应用极大地推动了量子硬件的发展。在硬件实现上，业界拥有多种候选技术方案，比如超导量子电路、离子阱、金刚石NV色心、核磁共振、光量子系统等。受益于退相干时间长、易操控/读取、可扩展性强等优势，超导量子电路被认为是最有前景的量子计算硬件候选者之一。
作为超导量子电路技术方案的核心载体，集成多个量子比特的超导量子芯片的研发至关重要。随着微纳加工技术的发展，超导量子芯片上可以集成的量子比特数目越来越多，从几个、几十个增长至上百个，未来最终要实现的是成千上万个量子比特的集成。面对量子比特数目不断增长的需求，超导量子芯片版图的设计的必要性和紧迫性日渐彰显。
在整个超导量子芯片版图设计中，特征参数的设计是非常关键的一部分。具体而言，需要关注的特征参数主要包括量子比特的频率和非线性强度、读取腔的频率、量子比特和读取腔的品质因子等。除此之外，不同器件间耦合强度的设计更是重中之重，比如，近邻量子比特(或称邻近量子比特，指与量子比特直接耦合的量子比特，或与量子比特通过耦合器直接耦合的量子比特等)间耦合强度的设计，因为近邻量子比特间耦合强度与两比特量子门的保真度息息相关；又比如，非近邻量子比特(或称非邻近量子比特，比如两个量子比特未直接耦合，而是通过一个或多个中间量子比特进行间接耦合，此时，间接耦合的两个量子比特可互称为非近邻量子比特)之间耦合强度的设计，因为非近邻量子比特之间耦合强度有助于串扰问题的刻画和缓释；再比如，量子比特与读取腔间耦合强度的设计，因为，量子比特与读取腔间耦合强度，对于量子比特读取的保真度和效率至关重要。
因此，在微纳加工之前，需要从仿真层面确定两个目标器件之间的耦合强度。但是，现有常用方法是：先针对超导量子芯片版图进行等效电路建模，再根据分析力学理论进行推导和后处理。然而，随着超导量子芯片版图中量子比特数目的增加，针对超导量子芯片版图的建模和后处理变得越来越复杂，求解过程也相应变得非常低效。因此，亟需一种不通过建模便可以便捷地求得超导量子芯片版图中目标器件之间的耦合强度的解决方案。
需要说明的是，近邻量子比特(也可称邻近量子比特)指：对于直接耦合的两个量子比特而言，两者可互称为近邻量子比特；举例来说，量子比特1，与量子比特2直接耦合，量子比特2与量子比特3直接耦合，此时，量子比特1和量子比特2可互称为近邻量子比特，如量子比特2称为量子比特1的近邻量子比特，或量子比特1称为量子比特2的近邻量子比特；同理，量子比特2和量子比特3也可互称为近邻量子比特，如量子比特2称为量子比特3的近邻量子比特，或量子比特3称为量子比特2的近邻量子比特。该场景中，量子比特1和量子比特3之间为间接耦合。
基于此，本公开方案提出一种精准求解超导量子芯片版图中不同器件间耦合强度的方案。
具体地，图1是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图一。该方法可选地可以应用于经典计算设备中，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等任何具有经典计算能力的电子设备。进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。具体地，如图1所示，该方法包括：
步骤S101：仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息。
这里，需要说明的是，第一频率信息与第二频率信息可以是一次仿真流程中得到的，也可以是不同仿真流程中得到的，比如，一次仿真过程，得到第一频率信息，另外一次仿真过程得到第二频率信息等，本公开方案对此不作限制。
需要说明的是，本公开方案所述的版图能够描述真实量子芯片(或超导量子芯片)中物理结构的几何形状，包含但不限于各物理结构在量子芯片上的形状、面积和位置等。比如，量子芯片版图描述有量子比特、耦合器、读取腔等各器件的位置、以及连接关系等。
步骤S102：基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
这样，本公开方案无需对量子芯片版图进行建模即可便捷地得到量子芯片版图中目标器件(比如第一目标器件和第二目标器件)之间的耦合强度，因此，更适用于量子芯片版图中量子比特数目较多的场景。
需要说明的是，本公开方案所述的第一目标器件和第二目标器件为所述量子芯片版图中具有耦合关系的任意两个器件，本公开方案对此不作限制。
在一具体示例中，所述量子芯片版图还可以具体为超导量子芯片的版图。这里，超导量子芯片指由超导材料制备而成的量子芯片。比如，所述超导量子芯片中所有元器件(比如量子比特、耦合器等)均由超导材料制备而成。
进一步地，在本公开方案应用于超导量子芯片版图的情况下，本公开方案还可适用于任意规模的超导量子芯片，比如，随着量子比特数目的增加，本公开方案仍然适用。
在本公开方案的一具体示例中，可以采用如下方式得到第一目标器件的第一频率信息。具体地，该方法还包括：仿真得到所述量子芯片版图中至少两个器件所对应的频率范围；该步骤可以理解为粗略仿真，此时，将量子芯片版图当作一个“黑盒子”(Black box)导入电磁仿真系统，再选择多个模式(比如多个频率)输入至电磁仿真系统中进行仿真处理，得到所述量子芯片版图中至少两个器件所对应的频率范围。
进一步地，以上所述的仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，具体包括：基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第一目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第一目标器件的第一频率信息。该步骤可以理解为精准仿真，比如，从所述第一目标器件对应的频率范围中选取出一个特定频率值，将该特定频率值输入至电磁仿真系统，得到第一目标器件的第一频率信息。如此，在提升仿真效率的同时，提升了仿真结果的精确度。
也就是说，该示例中，先选择多个频率进行粗略仿真，得到所述量子芯片版图的器件所对应的频率范围，再基于所述第一目标器件对应的频率范围(比如从所述第一目标器件对应的频率范围中选取出一个特定频率值)进行精确仿真，得到所述第一目标器件的第一频率信息。这样，提供了一种仿真简便、可行且高效的仿真方式，在提升仿真效率的基础上，提升了仿真结果的精确度。
在本公开方案的一具体示例中，以上所述的仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息，具体包括：基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第二目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第二目标器件的第二频率信息。该步骤可以理解为精准仿真，比如，从所述第二目标器件对应的频率范围中选取出一个特定频率值，将该特定频率值输入至电磁仿真系统，得到第二目标器件的第二频率信息。
也就是说，该示例中，先选择多个频率进行粗略仿真，得到所述量子芯片版图的器件所对应的频率范围，再基于所述第二目标器件对应的频率范围(比如从所述第二目标器件对应的频率范围中选取出一个特定频率值)进行精确仿真，得到所述第二目标器件的第二频率信息。这样，提供了一种仿真简便、可行且高效的仿真方式，在提升仿真效率的同时，提升了仿真结果的精确度。
在本公开方案的一具体示例中，还提供了一种仿真方法，具体地，图2是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图二，该方法可选地可以应用于经典计算设备中，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等任何具有经典计算能力的电子设备。这里，可以理解的是，以上图1所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。具体地，如图2所示，该方法包括：
步骤S201：仿真得到量子芯片版图中至少两个器件所对应的电场分布。
步骤S202：基于所述至少两个器件所对应的电场分布，得到所述至少两个器件所对应的频率范围。
步骤S203：基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第一目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第一目标器件的第一频率信息。
步骤S204：仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息。
比如，在一示例中，该步骤S204可以具体为：基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第二目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第二目标器件的第二频率信息。
步骤S205：基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
这样，本公开方案提供了一种具体得到量子芯片版图中器件所对应的频率范围的方案，该方案简便可行，可解释性强，仿真效率高；而且，无需对量子芯片版图进行建模即可便捷地得到量子芯片版图中目标器件(比如第一目标器件和第二目标器件)之间的耦合强度，因此，更适用于量子芯片版图中量子比特数目较多的场景。
在本公开方案的一具体示例中，可以采用下述两种方式来进行仿真处理，具体包括：
仿真方式一：该方式中，所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第一条件。进一步地，在一具体示例中，满足所述第一条件的耦合类型为共振耦合或非共振耦合。如此，便于有针对性地进行仿真处理，为工程化应用、提升仿真效率奠定了基础。
这里，共振耦合指两个目标器件的频率是一致的或是非常接近的。具体地，两个目标器件的频率之差小于预设阈值，该预设阈值为经验值，且为一个较小的数值，此时，可认为两个器件为共振耦合。
可以理解的是，本公开方案对预设阈值的取值，不作具体限制。
具体地，图3是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图三，该方法中，所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第一条件；进一步地，该方法可选地可以应用于经典计算设备中，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等任何具有经典计算能力的电子设备。这里，可以理解的是，以上图1和图2所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。具体地，如图3所示，该方法包括：
步骤S301：在第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第一条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息。
比如，所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型为共振耦合，或非共振耦合，更进一步地，为非共振耦合的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息。
也就是说，在所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型为共振耦合或非共振耦合，更进一步地，为非共振耦合的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率；以及仿真得到所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，如此，提供了一般场景下或特殊场景下仿真得到目标器件的频率信息的具体方案，为后续计算得到第一目标器件和第二目标器件之间的耦合强度奠定了基础。
步骤S302：基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
这样，本公开方案提供了一般场景下或特殊场景下仿真得到目标器件的频率信息的具体方案，因此，实用性强；而且，本公开方案无需理解量子芯片的物理原理，只需把量子芯片版图当作“黑盒子”，即可仿真得到两个目标器件中第一目标器件的第一频率信息，和第二目标器件的第二频率信息，进而得到两目标器件之间的耦合强度，因此，简便易用。
在本公开方案的一具体示例中，可采用如下方式，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率。
具体地，以上所述的仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，具体包括：
仿真得到所述第一目标器件的第一本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第一目标器件的第一相邻器件的物理参数，使所述第一目标器件的第一相邻器件与所述第一目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一裸态频率。
在一示例中，所述第一目标器件的第一相邻器件可以具体包括与第一目标器件直接耦合的器件。进一步地，在另一示例中，所述物理参数可以具体为等效电感。举例来说，将量子芯片版图中，与所述第一目标器件直接耦合的器件的等效电感的电感值调整为一个较大值(即相比于第一目标器件的电感值较大)，比如，为100-500nH(可以理解的是，该值为经验值)，其目的是使第一目标器件的近邻器件(也即第一目标器件的第一相邻器件)与第一目标器件之间退耦合。
可以理解的是，第一本征频率和第一裸态频率，并非是在一次仿真流程中得到的，比如，在一次仿真流程中，仿真得到所述第一目标器件的第一本征频率；在另外一次仿真流程中，先调整第一目标器件的第一相邻器件的物理参数，使得所述第一目标器件的第一相邻器件与所述第一目标器件之间退耦合，再仿真得到所述第一目标器件所对应的第一裸态频率。如此，提供了一种简便、可行地得到第一目标器件的第一裸态频率的仿真方式，为后续计算得到第一目标器件和第二目标器件之间的耦合强度奠定了基础。
在本公开方案的一具体示例中，可采用如下方式，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率。
具体地，以上所述的仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息，具体包括：
仿真得到所述第二目标器件的第二本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第二目标器件的第二相邻器件的物理参数，使所述第二目标器件的第二相邻器件与所述第二目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第二目标器件所对应的第二裸态频率。
在一示例中，所述第二目标器件的第二相邻器件可以具体包括与第二目标器件直接耦合的器件。进一步地，在另一示例中，所述物理参数可以具体为等效电感。举例来说，将量子芯片版图中，与所述第二目标器件直接耦合的器件的等效电感的电感值调整为一个较大值(即相比于第二目标器件的电感值较大)，比如，也为100-500nH(可以理解的是，该值为经验值)，其目的是使第二目标器件的近邻器件(也即第二目标器件的第二相邻器件)与第二目标器件之间退耦合。
可以理解的是，第二本征频率和第二裸态频率，并非是在一次仿真流程中得到的，比如，在一次仿真流程中，仿真得到所述第二目标器件的第二本征频率；在另外一次仿真流程中，先调整第二目标器件的第二相邻器件的物理参数，使得所述第二目标器件的第二相邻器件与所述第二目标器件之间退耦合，再仿真得到所述第二目标器件所对应的第二裸态频率。如此，提供了一种简便、可行地得到第二目标器件的第二裸态频率的仿真方式，为后续计算得到第一目标器件和第二目标器件之间的耦合强度奠定了基础。
在本公开方案的一具体示例中，在仿真得到所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率、以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率之后，还可以采用如下方式得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
具体地，以上所述的基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度，具体包括：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，得到第一仿真精度信息；
在所述第一仿真精度信息满足第一精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
在一示例中，第一仿真精度信息δ为：
Figure BDA0003783004620000111
这里，
Figure BDA0003783004620000112
为第一目标器件的第一本征频率，
Figure BDA0003783004620000113
为第二目标器件的第二本征频率，ω1为第一目标器件的第一裸态频率，ω2为第二目标器件的第二裸态频率。
进一步地，若δ<第一预设值，比如0.1GHz2，则可认为满足第一精度要求。进而基于如下方式得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度g：
Figure BDA0003783004620000114
可以理解的是，以上仅为一种准确性检验示例，实际应用中，还可以检验方式，本公开方案对此不作限制。
进一步地，在另一示例中，在所述第一仿真精度信息不满足第一精度要求的情况下，则可提高仿真精度，重新仿真得到新的第一频率信息和第二频率信息，直至验证通过为止。
这样，提供了一种简单易用、精准度高、仿真效率高、且普适性强的仿真方案，对于量子芯片(如超导量子芯片)的设计、仿真以及验证均有重要指导意义。
仿真方式二：该方式中，所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第二条件。进一步地，在一具体示例中，满足所述第二条件的耦合类型为共振耦合。如此，便于有针对性地进行仿真处理，为工程化应用、提升仿真效率奠定了基础。
可以理解的是，该示例提供了一种特定场景下得到两目标器件之间耦合强度的方法，相比于以上提供了一般场景下的方法而言，在特定场景(即共振耦合场景)下，该示例所述的方法更简便、效率更高。
具体地，图4是根据本公开一实施例仿真方法的实现流程示意图四，该方法可选地可以应用于经典计算设备中，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等任何具有经典计算能力的电子设备。这里，可以理解的是，以上图1和图2所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。具体地，如图4所示，该方法包括：
步骤S401：在所述至少两个目标器件中所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第二条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率的第二频率信息。
比如，所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型为共振耦合，此时，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率的第二频率信息。
也就是说，在所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型为共振耦合的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一本征频率；以及仿真得到所述第二目标器件所对应的第二本征频率，如此，提供了特殊场景下仿真得到目标器件的频率信息的具体方案，为后续计算得到第一目标器件和第二目标器件之间的耦合强度奠定了基础。
步骤S402：基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
这样，本公开方案提供了特殊场景下仿真得到目标器件的频率信息的具体方案，相比于一般场景下的仿真方案，该示例仿真效率高；而且，本公开方案无需理解量子芯片的物理原理，只需把量子芯片版图当作“黑盒子”，即可仿真得到两个目标器件中第一目标器件的第一频率信息，和第二目标器件的第二频率信息，进而得到两目标器件之间的耦合强度，因此，简便易用。
在本公开方案的一具体示例中，在仿真得到所述第一目标器件所对应的第一本征频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率之后，还可以采用如下方式得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
具体地，以上所述的基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度，具体包括：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，得到第二仿真精度信息；
在所述第二仿真精度信息满足第二精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
在一示例中，可以采用如下方式来得到第二仿真精度信息，具体包括：
提高仿真精度，并基于两次仿真结果来确定上一次仿真结果是否满足第二精度要求；比如，在第一仿真精度下，得到第一目标器件所对应的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000131
和所述第二目标器件所对应的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000132
提高仿真精度，比如将第一仿真精度提高到第二仿真精度，并在第二仿真精度下，得到第一目标器件所对应的新的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000133
和所述第二目标器件所对应的新的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000134
进而基于新的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000135
和新的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000136
与第一仿真精度下的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000137
和第二本征频率
Figure BDA0003783004620000138
得到第二仿真精度信息δ，比如第二仿真精度信息δ为：
Figure BDA0003783004620000139
进一步地，若δ<第二预设值，则可认为满足第二精度要求。进而基于如下方式得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度g：
Figure BDA00037830046200001310
可以理解的是，以上仅为一种准确性检验示例，实际应用中，还可以检验方式，本公开方案对此不作限制。
进一步地，在另一示例中，在所述第二仿真精度信息不满足第二精度要求的情况下，则可再次提高仿真精度，再次重新仿真得到新的第一频率信息和第二频率信息，直至验证通过为止。
这样，提供了一种简单易用、精准度高、且适用于特定场景下的高效仿真方案，对于量子芯片(如超导量子芯片)的设计、仿真以及验证均有重要指导意义。
以下结合具体示例对本公开方案做进一步详细说明；具体地，本公开方案提出一种精准求解量子芯片版图(比如超导量子芯片版图)中不同器件间耦合强度的解决方案。具体而言，提出了一种基于“本征模式(Normal mode)方法”求解不同器件间耦合强度的方法。运用本公开方案，如量子比特与量子比特间的耦合强度、量子比特与读取腔间的耦合强度等均能够被求解。值得强调的是，本发明方案无需进行建模或者复杂的后处理，适用于共振耦合区间(resonant coupling)和色散耦合(dispersive coupling)区间。
进一步地，与业界已有方案相比，由于本公开方案能够将量子芯片版图当做一个“黑盒子”(black box)进行仿真，所以，能够对业界已有方法的结果进行验证，而且，经过验证可知，本公开方案的仿真结果更加精准。
因此，本发明方案对于量子芯片(如超导量子芯片)的设计、仿真以及验证均有重要指导意义。
以下从三个方面阐述本公开方案。第一，介绍量子芯片版图(如超导量子芯片版图)的背景知识，并明确本公开方案旨在解决的问题；第二，论述本公开方案提出的量子芯片版图中不同器件间耦合强度的求解方案。该部分中，首先给出针对通用耦合情形的具体步骤；其次，针对共振区间还给出了简化版解决方案；第三，为了很好地展示本公开方案的有效性和普适性，将其应用到业界常见的两种不同结构和两种不同耦合区间的超导量子芯片中。
以下对各部分进行详细说明，具体包括：
第一部分
此部分主要介绍量子芯片版图(如超导量子芯片版图)的背景知识以及不同器件间耦合强度求解的必要性。
(1)背景知识
与经典芯片类似，在正式生产和加工之前，量子芯片(如超导量子芯片)同样需要一个完整的版图。该版图包含了量子芯片的所有核心器件(比如量子比特、耦合器、控制线、读取线等)的相关信息。核心器件中，最重要的器件之一就是量子比特；在实际版图中，量子比特通常可由共面电容和约瑟夫森结共同构成。在实践中，先设计一个衬底(通常由硅或者蓝宝石实现)，再在衬底上镀一层铝膜，通过在铝膜上刻蚀不同的形状来形成量子比特的自电容，最后非线性器件约瑟夫森结会设计在两个金属板之间。如图5(a)所示，为单量子比特的量子芯片版图的结构示意图，其中，该单量子比特的量子芯片版图包括：
十字形图形，包括镂空区域和非镂空区域，其中，所述镂空区域是刻蚀掉部分金属板后所得；
外层金属板，用于接地；
约瑟夫森结，设置于十字形图形的底部，与外层金属板之间。
这里，所述十字形图形、外层金属板和约瑟夫森结三者是共面的，即属于共面结构。这里，在实际电磁仿真中，该约瑟夫森结可以用等效电感来表示。
进一步地，如图5(b)所示，呈现的是一个包含着“量子比特-耦合器-量子比特”(Qubit-Coupler-Qubit)(也即两量子比特)结构的量子芯片版图的示意图，其中，耦合器设置于相邻两个量子比特之间，用于耦合相邻两个量子比特。这里，该两量子比特的量子芯片版图中量子比特的结构可以参见以上描述，此处不再赘述。可以理解的是，图5(a)所示的两量子比特的量子芯片版图仅为示例性说明，并非用于限制本公开方案，实际应用中，还可以为其他结构，本公开方案对此不作限制。
(2)明确本公开方案旨在解决的问题
一旦包括多个器件的量子芯片版图给定，本公开方案聚焦解决的问题即具体为如何去精准地估算和确定不同器件间的耦合强度。
需要说明的是，本公开方案能将量子芯片版图当做一个“黑盒子”(black box)进行仿真，所以，对量子芯片版图的具体结构不作限制，换言之，任意的量子芯片版图均可使用本公开方案所述的方法进行仿真，并得到两个目标器件之间的耦合强度。
第二部分
在量子芯片版图(比如超导量子芯片版图)中，不同器件之间的耦合类型可以简单分为三类：
(1)共振耦合(Resonant coupling)，即两个器件的频率是一致或非常接近的。具体地，两个器件的频率之差小于预设阈值，此时，可认为两个器件为共振耦合。这里，所述预设阈值为经验值，本申请方案对此不作具体限制。
常见的应用场景包括任意耦合(比如近邻耦合，或非近邻耦合)的量子比特间，以及“量子比特-耦合器-量子比特(Qubit-Coupler-Qubit)”结构中两个量子比特之间的耦合；
(2)色散耦合(Dispersive coupling)，即两个器件之间的耦合强度远远小于二者的频率差。常见的应用场景包括量子比特与读取腔之间的耦合，以及“量子比特-耦合器-量子比特(Qubit-Coupler-Qubit)”结构中量子比特与耦合器之间的耦合；
(3)其他类型耦合，即除了共振耦合和色散耦合之外其他类型的耦合。
需要说明的是，上述三种不同类型的耦合，本公开方案均适用。具体地，本公开方案首先针对任意的耦合类型给出通用的解决方案并详细阐述具体步骤；其次，针对共振耦合情形会进一步给出简化方案，该简化方案通过简单的步骤和方法便可高效地确定出共振耦合的两个器件的耦合强度。
仿真方式一：如图6所示，在量子芯片版图中器件之间的耦合类型不明确，或者属于非共振耦合(比如色散耦合、其他耦合等)的情况下，仿真两个目标器件(比如第一目标器件和第二目标器件)的耦合强度的具体步骤，包括：
步骤1：粗略仿真。首先，将量子芯片版图当作一个“黑盒子”(Black box)，导入到电磁仿真系统(如电磁仿真软件)中；其次，选取较多模式(也即多个频率)选择多个模式(也即多个频率)输入至电磁仿真系统中进行低精度仿真。
实际应用中，可根据实际情况，选择5个或者10个频率，输入至电磁仿真系统。而且，该粗略仿真的步骤中，为了提高仿真效率，还可将仿真精度设置得低一些，比如设置为0.1％。
可以理解的是，可基于实际仿真需要来仿真精度，本公开方案对此不作具体限制。
步骤2：确定两个目标器件的频率范围。根据步骤1中获得的仿真结果，确定出第一目标器件、第二目标器件的大致频率范围。
具体来说，步骤1进行低精度仿真可得到量子芯片版图中多个器件所对应的电场分布，基于多个器件所对应的电场分布，识别出量子芯片版图中多个器件所对应的频率范围。进一步地，从得到的多个器件所对应的频率范围中识别出第一目标器件的大致频率范围，以及第二目标器件的大致频率范围。
实际应用中，第一目标器件的频率范围并非为连续的频率值，而是离散型的，即得到的第一目标器件的频率范围包含有多个频率。同理，第二目标器件的频率范围并非为连续的频率值，而是离散型的，即得到的第一目标器件的频率范围包含有多个频率。
需要说明的是，实际应用中，若量子芯片版图中存在寄生模式(也即寄生频率)(比如芯片模式chip mode或者结构模式mode)，使得器件的频率范围很难被识别，则需要对量子芯片版图进行调整，比如，将调整量子芯片版图中真空层的几何尺寸，以尽可能使得寄生模式远离器件模式，从而便于在特定频率区间内清晰地识别出目标器件的模式(比如频率)。
步骤3：精准仿真两个目标器件的本征频率。
这里，根据步骤2中确定出来的两个目标器件的器件模式(比如，为目标器件的频率)进行精准仿真。
这里，该步骤中，为了保证仿真结果的精度，可以只选取一个模式进行仿真，比如，从所述第一目标器件的频率范围中选取出一个频率，输入至电磁仿真软件中，得到第一目标器件的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000171
同理，从所述第二目标器件的频率范围中选取出一个频率，输入至电磁仿真软件中，得到第二目标器件的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000172
如此，将关心的两个目标器件的本征频率依次仿真出来。
步骤4：精准仿真目标器件的裸态频率。
这里，将第一目标器件所有近邻器件的电感值调为一个较大的值(比如100-500nH)，其目的是使得第一目标器件的近邻器件与第一目标器件之间退耦合。设置后再进行精准仿真，与步骤3一致，从所述第一目标器件的频率范围中选取出一个频率，输入至电磁仿真软件中，得到第一目标器件的第一裸态频率ω1；同理，将第二目标器件所有近邻器件的电感值调为一个较大的值(比如100-500nH)，其目的是使得第二目标器件的近邻器件与第二目标器件之间退耦合。设置后再进行精准仿真，与步骤3一致，从所述第二目标器件的频率范围中选取出一个频率，输入至电磁仿真软件中，得到第二目标器件的第二裸态频率ω2。
需要说明的是，该仿真得到的仿真结果为器件的近似裸态(Bare mode)频率。进一步地，实际应用中，步骤3和步骤4的仿真精度和收敛精度需要保持一致。
步骤5：准确性检验。
检验步骤3和步骤4中的仿真精度是否达标。具体地，将步骤3和步骤4得到的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000181
第二本征频率
Figure BDA0003783004620000182
第一裸态频率ω1和第二裸态频率ω2代入下列公式，得到精度第一仿真精度信息δ：
Figure BDA0003783004620000183
若δ<0.1GHz2，则验证通过，执行步骤6；否则返回步骤3，提高仿真精度(比如仿真精度设置到0.05％)，重新仿真，并将得到的新的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000184
新的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000185
新的第一裸态频率ω1和新的第二裸态频率ω2代入上式，直至验证通过为止。
需要说明的是，该示例中，准确性验证公式仅为一具体示例，实际应用中，还可以有其他验证方式，本公开方案对此不作限制。
步骤6：求得耦合强度。基于步骤5验证通过的仿真结果，利用下列公式，即可求得两个目标器件，也即第一目标器件和第二目标器件之间的耦合强度g：
Figure BDA0003783004620000186
如此，在量子芯片版图中待仿真的两个器件之间的耦合类型不明确的情况下，即可基于上述流程仿真得到两者的耦合强度，显然，兼具通用性和实用性。
仿真方式二：在量子芯片设计中，会遇到共振耦合的情形。比如两个完全同样构型的量子比特，或者两个频率一致的器件之间，通常为共振耦合。基于此，作为前述任意形式耦合的一种特例，可以对上述仿真流程进行简化，如此，来提升仿真效率。具体地，如图6所示，在量子芯片版图中器件之间的耦合类型为共振耦合的情况下，仿真两个目标器件(比如第一目标器件和第二目标器件)的耦合强度的具体步骤包括：
步骤1：粗略仿真。首先，将量子芯片版图当作一个“黑盒子”(Black box)，导入到电磁仿真系统(如电磁仿真软件)中；其次，选取较多模式(也即多个频率)选择多个模式(也即多个频率)输入至电磁仿真系统中进行低精度仿真。
实际应用中，可根据实际情况，选择5个或者10个频率，输入至电磁仿真系统。而且，该粗略仿真的步骤中，为了提高仿真效率，还可将仿真精度设置得低一些，比如设置为0.1％。
可以理解的是，可基于实际仿真需要来仿真精度，本公开方案对此不作具体限制。
步骤2：确定两个目标器件的频率范围。根据步骤1中获得的仿真结果，确定出第一目标器件、第二目标器件的大致频率范围。
具体来说，步骤1进行低精度仿真可得到量子芯片版图中多个器件所对应的电场分布，基于多个器件所对应的电场分布，识别出量子芯片版图中多个器件所对应的频率范围。进一步地，从得到的多个器件所对应的频率范围中识别出第一目标器件的大致频率范围，以及第二目标器件的大致频率范围。
实际应用中，第一目标器件的频率范围并非为连续的频率值，而是离散型的，即得到的第一目标器件的频率范围包含有多个频率。同理，第二目标器件的频率范围并非为连续的频率值，而是离散型的，即得到的第一目标器件的频率范围包含有多个频率。
需要说明的是，实际应用中，若量子芯片版图中存在寄生模式(也即寄生频率)(比如芯片模式chip mode或者结构模式mode)，使得器件的频率范围很难被识别，则需要对量子芯片版图进行调整，比如，将调整量子芯片版图中真空层的几何尺寸，以尽可能使得寄生模式远离器件模式，从而便于在特定频率区间内清晰地识别出目标器件的模式(比如频率)。
步骤3：精准仿真两个目标器件的本征频率。
这里，根据步骤2中确定出来的两个目标器件的器件模式(比如，为目标器件的频率)进行精准仿真。
这里，该步骤中，为了保证仿真结果的精度，可以只选取一个模式进行仿真，比如，从所述第一目标器件的频率范围中选取出一个频率，输入至电磁仿真软件中，同时，从所述第二目标器件的频率范围中选取出一个频率，输入至电磁仿真软件中，进而在一次仿真流程中，得到第一目标器件的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000201
和第二目标器件的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000202
如此，将关心的两个目标器件的本征频率依次仿真出来。
可以理解的是，由于两个目标器件的本征频率接近，所以，该示例中，可以采用一次仿真即可得到第一目标器件的第一本征频率和第二目标器件的第二本征频率。
步骤4：准确性检验。
检验步骤3中的仿真精度是否达标。具体地，提高步骤3中的仿真精度(比如仿真精度设置到0.05％)，重复步骤3，得到新的第一本征频率
Figure BDA0003783004620000203
和新的第二本征频率
Figure BDA0003783004620000204
此时，可基于新的仿真结果，与历史的结果，得到第二仿真精度信息，进而基于第二仿真精度信息确定仿真精度是否达标；比如，若新的仿真结果与步骤3中得到历史仿真结果保持一致，如，两者之差小于阈值，此时，即可认为两者一致，则执行步骤5；否则，继续提高步骤3中的仿真精度，重复步骤3，直至仿真精度达标为止。
需要说明的是，该示例中，准确性验证公式仅为一具体示例，实际应用中，还可以有其他验证方式，本公开方案对此不作限制。
步骤5：求得目标器件之间耦合强度。基于步骤4验证通过的仿真结果，利用下述公式求得两个目标器件之间的耦合强度，也即第一目标器件和第二目标器件之间的耦合强度g：
Figure BDA0003783004620000205
如此，在量子芯片版图中待仿真的两个器件之间的耦合类型为共振耦合的情况下，即可基于上述流程仿真得到两者的耦合强度，且该方式简便、仿真效率高。
第三部分
具体地，为了验证本公开方案的应用效果，将其应用到两种不同结构的超导量子芯片版图中。除此之外，分别选取了两个目标器件之间是色散耦合和共振耦合两种情况。随后，将业界常用的等效电路方法与本公开方案的仿真结果进行对比，以验证本公开方案的有效性和普适性。
示例一：如图7(a)所示，应用于包含两个量子比特的量子芯片版图中，此时，该两个量子比特可互成为邻近量子比特，且两个量子比特之间是色散耦合。
具体地，如图7(a)所示，固定左边量子比特的电感值为6nH，并分别设置右边量子比特的电感值为8nH，10nH，12nH，14nH，16nH，18nH；进而运用本公开方案求解两个量子比特的耦合强度。
这里，为了验证本公开方案结果的正确性，对同样的量子芯片版图进行电磁仿真，得到每个量子比特的自电容和两个量子比特之间的互电容，并通过等效电路方法得到该两个量子比特之间的耦合强度。
具体地，如图7(b)所示，给出了两个近邻量子比特间耦合强度随右边量子比特的电感值的变化特性。这里，横轴对应的是右边量子比特电感值。如图7(b)可知，不同的电感值下，本公开方案得到的仿真结果与等效电路的仿真结果吻合得很好。
示例二：如图7(a)所示，应用于包含两个量子比特的量子芯片版图中，此时，该两个量子比特可互称为邻近量子比特，且两个量子比特之间是共振耦合。
具体地，如图7(a)所示，通过设置左右两个量子比特的电感值，使得二者处于共振耦合。该示例中，选取左右两个量子比特的电感值为4nH，6nH，8nH，10nH，12nH，14nH，16nH，18nH；进而运用本公开方案求解两个量子比特的耦合强度。
这里，为了验证本公开方案结果的正确性，对同样的量子芯片版图进行电磁仿真，得到每个量子比特的自电容和量子比特之间互电容，并通过等效电路方法得到该两个量子比特之间的耦合强度。
具体地，如图7(c)所示，给出了两个近邻量子比特间耦合强度随着量子比特电感值的变化特性，这里，左右两边量子比特电感值设定为相同值，横轴对应的是量子比特的电感值。如图7(c)可知，不同的电感值下，本公开方案得到的仿真结果与等效电路的仿真结果吻合得很好。
示例三：如图8(a)所示，为了展示本公开方案的普适性，将本公开方案应用到超导量子芯片中备受关注的“量子比特-耦合器-量子比特(Qubit-Coupler-Qubit)”结构中，此时，该两个量子比特也可互成为邻近量子比特，且两个量子比特之间是共振耦合。
这里，该结构中一个核心需求是求解左右两个量子比特间的等效耦合强度。业界常用的等效电路方案，需要先将图8(a)中每个器件的自电容以及两两之间的互电容全部仿真出来，再进行相对复杂的理论推导，最后近似地求得左右两个量子比特间的等效耦合强度。显然，现有方案较为复杂，仿真效率降低。
进一步地，如图8(b)所示，展示了量子比特间等效耦合强度随中间耦合器等效电感值的变化特性。这里，左右两个量子比特的电感值一致，均为10nH；显然，如图8(b)可知，本公开方案所得的仿真结果，与等效电路方案得到的仿真结果非常接近。这里，较小的数值偏差是由于等效电路建模中忽略了量子比特之间的电感耦合而至)。充分说明了本公开方案同样适用于更为复杂的“量子比特-耦合器-量子比特(Qubit-Coupler-Qubit)”结构。
该示例中，为了方便起见，针对该量子芯片版图进行等效电路建模时仅考虑了量子比特间的电容耦合，而忽略了二者之间的电感耦合。
显然，与业界已有方案相比，本公开方案具有以下几点优势：
(1)简单易用。本公开方案提出的方法使用门槛非常低。无需理解量子芯片的物理原理，只需把量子芯片版图当作“黑盒子”，即可仿真得到两个目标器件之间的耦合强度。
(2)精准度高。与业界常用等效电路相比，本公开方案无需进行建模，只需将量子芯片版图当作一个“黑盒子”，因此，有效避免了量子芯片版图中无法精准建模而导致仿真结果不完整或不精确的问题，得到的仿真结果更加完整和精准。而且，受益于对量子芯片版图更为完整的考虑，本公开方案能够为业界提供一种更加精准的特征参数分析和验证方法，对于量子芯片(如超导量子芯片)的设计、仿真以及验证均有重要指导意义。
(3)拓展性强。本公开方案不但适用于两个目标器件处于共振耦合区间、色散区间的场景，还适用于更为普适的任意耦合区间的场景。进一步地，不仅适用于量子比特与量子比特间的耦合，还可以拓展至量子比特与谐振腔之间的耦合等；再进一步地，不仅适用于近邻耦合的器件，还适用于次近邻或者相距较远的器件。
(4)实用性广。本公开方案不仅仅提供了一种求解两个目标器件间耦合强度的方案，还可以用来进行最终量子芯片版图的验证。尤其是当量子芯片版图中量子比特数目逐步增多的场景，本公开方案依旧适用。这对于后续包含大规模量子比特的芯片仿真、分析和验证提供了有效的技术支持。
本公开方案还提供了一种仿真装置，如图9所示，包括：
仿真单元901，用于仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息；
计算单元902，用于基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，还用于：
仿真得到所述量子芯片版图中至少两个器件所对应的频率范围；
基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第一目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第一目标器件的第一频率信息。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，具体用于：
基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第二目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第二目标器件的第二频率信息。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，具体用于：
仿真得到量子芯片版图中至少两个器件所对应的电场分布；
基于所述至少两个器件所对应的电场分布，得到所述至少两个器件所对应的频率范围。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，具体用于：
在所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第一条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，具体用于：
仿真得到所述第一目标器件的第一本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第一目标器件的第一相邻器件的物理参数，使所述第一目标器件的第一相邻器件与所述第一目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一裸态频率。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，具体用于：
仿真得到所述第二目标器件的第二本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第二目标器件的第二相邻器件的物理参数，使所述第二目标器件的第二相邻器件与所述第二目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第二目标器件所对应的第二裸态频率。
在本公开方案的一具体示例中，所述计算单元902，具体用于：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，得到第一仿真精度信息；
在所述第一仿真精度信息满足第一精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
在本公开方案的一具体示例中，满足所述第一条件的耦合类型为共振耦合或非共振耦合。
在本公开方案的一具体示例中，所述仿真单元901，具体用于：
在所述至少两个目标器件中所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第二条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率的第二频率信息。
在本公开方案的一具体示例中，所述计算单元902，具体用于：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，得到第二仿真精度信息；
在所述第二仿真精度信息满足第二精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
在本公开方案的一具体示例中，满足所述第二条件的耦合类型为共振耦合。
本公开实施例的装置的各单元的具体功能和示例的描述，可以参见上述方法实施例中对应步骤的相关描述，在此不再赘述。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图10示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备1000的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图10所示，设备1000包括计算单元1001，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1002中的计算机程序或者从存储单元1008加载到随机访问存储器(RAM)1003中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1003中，还可存储设备1000操作所需的各种程序和数据。计算单元1001、ROM 1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。输入/输出(I/O)接口1005也连接至总线1004。
设备1000中的多个部件连接至I/O接口1005，包括：输入单元1006，例如键盘、鼠标等；输出单元1007，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1008，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1009，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1009允许设备1000通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元1001可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元1001的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元1001执行上文所描述的各个方法和处理，例如仿真方法。例如，在一些实施例中，仿真方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元1008。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1002和/或通信单元1009而被载入和/或安装到设备1000上。当计算机程序加载到RAM 1003并由计算单元1001执行时，可以执行上文描述的仿真方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元1001可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行仿真方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入、或者触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (27)

1.一种仿真方法，包括：
仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息；以及
基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
仿真得到所述量子芯片版图中至少两个器件所对应的频率范围；
其中，所述仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，包括：
基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第一目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第一目标器件的第一频率信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息，包括：
基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第二目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第二目标器件的第二频率信息。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述仿真得到所述量子芯片版图中至少两个器件所对应的频率范围，包括：
仿真得到量子芯片版图中至少两个器件所对应的电场分布；
基于所述至少两个器件所对应的电场分布，得到所述至少两个器件所对应的频率范围。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其中，所述仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息，包括：
在所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第一条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，包括：
仿真得到所述第一目标器件的第一本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第一目标器件的第一相邻器件的物理参数，使所述第一目标器件的第一相邻器件与所述第一目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一裸态频率。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息，包括：
仿真得到所述第二目标器件的第二本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第二目标器件的第二相邻器件的物理参数，使所述第二目标器件的第二相邻器件与所述第二目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第二目标器件所对应的第二裸态频率。
8.根据权利要求5或6或7所述的方法，其中，所述基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度，包括：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，得到第一仿真精度信息；
在所述第一仿真精度信息满足第一精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
9.根据权利要求5或6或7所述的方法，其中，满足所述第一条件的耦合类型为共振耦合或非共振耦合。
10.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其中，所述仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息，包括：
在所述至少两个目标器件中所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第二条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率的第二频率信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度，包括：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，得到第二仿真精度信息；
在所述第二仿真精度信息满足第二精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，满足所述第二条件的耦合类型为共振耦合。
13.一种仿真装置，包括：
仿真单元，用于仿真得到量子芯片版图的至少两个器件中第一目标器件的第一频率信息，以及仿真得到所述至少两个器件中第二目标器件的第二频率信息；
计算单元，用于基于所述第一频率信息和所述第二频率信息，得到所述至少两个器件中所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述仿真单元，还用于：
仿真得到所述量子芯片版图中至少两个器件所对应的频率范围；
基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第一目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第一目标器件的第一频率信息。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述仿真单元，具体用于：
基于所述至少两个器件所对应的频率范围中所述第二目标器件对应的频率范围，仿真得到所述第二目标器件的第二频率信息。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述仿真单元，具体用于：
仿真得到量子芯片版图中至少两个器件所对应的电场分布；
基于所述至少两个器件所对应的电场分布，得到所述至少两个器件所对应的频率范围。
17.根据权利要求13至16任一项所述的装置，其中，所述仿真单元，具体用于：
在所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第一条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率和第一裸态频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率和第二裸态频率的第二频率信息。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述仿真单元，具体用于：
仿真得到所述第一目标器件的第一本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第一目标器件的第一相邻器件的物理参数，使所述第一目标器件的第一相邻器件与所述第一目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第一目标器件所对应的第一裸态频率。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述仿真单元，具体用于：
仿真得到所述第二目标器件的第二本征频率；
调整所述量子芯片版图中所述第二目标器件的第二相邻器件的物理参数，使所述第二目标器件的第二相邻器件与所述第二目标器件之间退耦合；
在退耦合处理完成之后，仿真得到所述第二目标器件所对应的第二裸态频率。
20.根据权利要求17或18或19所述的装置，其中，所述计算单元，具体用于：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，得到第一仿真精度信息；
在所述第一仿真精度信息满足第一精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和第一裸态频率，以及所述第二目标器件所对应的第二本征频率和第二裸态频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
21.根据权利要求17或18或19所述的装置，其中，满足所述第一条件的耦合类型为共振耦合或非共振耦合。
22.根据权利要求13至16任一项所述的装置，其中，所述仿真单元，具体用于：
在所述至少两个目标器件中所述第一目标器件与第二目标器件之间的耦合类型满足第二条件的情况下，仿真得到所述第一目标器件所对应的包含有第一本征频率的第一频率信息，以及仿真得到所述第二目标器件所对应的包含有第二本征频率的第二频率信息。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述计算单元，具体用于：
基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，得到第二仿真精度信息；
在所述第二仿真精度信息满足第二精度要求的情况下，基于所述第一目标器件所对应的第一本征频率和所述第二目标器件所对应的第二本征频率，计算得到所述第一目标器件与所述第二目标器件之间的耦合强度。
24.根据权利要求22或23所述的装置，其中，满足所述第二条件的耦合类型为共振耦合。
25.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-12中任一项所述的方法。
26.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
27.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
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