CN115577778B - 超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法及装置 - Google Patents

超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法及装置，涉及量子计算技术领域，具体涉及超导量子芯片技术领域。具体实现方案为：获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件；基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息；基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵；基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。

Description

超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法及 装置
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及超导量子芯片技术领域，具体涉及一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法及装置。
背景技术
随着超导量子芯片的规模化发展，除了对于微纳加工技术提出更高要求之外，在正式流片前对芯片的仿真验证也至关重要。仿真验证的目的是尽可能真实地描述出芯片的特征参数，使得研究人员可以在设计阶段更好地预测芯片的性能指标，减少量子芯片微纳加工的试错成本。
在实际操作中，量子芯片中包含非常多的量子器件，而实现双比特量子门构造来进行量子比特的纠缠是量子计算优势的展现，因此往往比较关注两个量子比特之间的等效耦合强度。
目前，对于超导量子芯片的仿真验证通常是通过等效电路法，即将超导量子芯片等效为电路模型，并基于等效电路模型进行超导量子芯片的仿真验证，从而得到量子芯片中两个量子比特之前的等效耦合强度。
发明内容
本公开提供了一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法及装置。
根据本公开的第一方面，提供了一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法，包括：
获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件，所述目标量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，所述目标本征模式与所述目标量子器件对应，所述目标器件电感能量占比为：所述目标本征模式下，存储在所述目标量子器件的第一电感能量相对于存储在所述第一量子芯片的第二电感能量的占比，所述目标符号信息指示所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵，所述目标两体系统为所述两个目标量子器件对应的等效两体系统，所述目标两体系统与所述第一量子芯片所构成的多体系统等效，所述第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
根据本公开的第二方面，提供了一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置，包括：
第一获取模块，用于获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件，所述目标量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
第一确定模块，用于基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，所述目标本征模式与所述目标量子器件对应，所述目标器件电感能量占比为：所述目标本征模式下，存储在所述目标量子器件的第一电感能量相对于存储在所述第一量子芯片的第二电感能量的占比，所述目标符号信息指示所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
第二确定模块，用于基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵，所述目标两体系统为所述两个目标量子器件对应的等效两体系统，所述目标两体系统与所述第一量子芯片所构成的多体系统等效，所述第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
第三确定模块，用于基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第四方面，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，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第五方面，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第一方面中的任一项方法。
根据本公开的技术解决了对包含多个量子器件的超导量子芯片的仿真验证效果比较差的问题，提高了超导量子芯片的仿真验证效果，从而提高了两个量子比特之间的等效耦合强度的确定准确性。
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是根据本公开第一实施例的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法的流程示意图；
图2是一个超导量子芯片的一个完整版图；
图3是包含三个量子比特的QCQ结构的版图；
图4是本公开提供的一具体示例的流程示意图；
图5是不同耦合器电感值下量子比特之间的等效耦合强度对比图；
图6是根据本公开第二实施例的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置的结构示意图；
图7是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
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。
第一实施例
如图1所示，本公开提供一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法，包括如下步骤：
步骤S101：获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件，所述目标量子器件包括约瑟夫森结。
其中，M为大于2的整数。
本实施例中，超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及超导量子芯片技术领域，其可以广泛应用于超导量子芯片的仿真验证场景下。本公开实施例的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法，可以由本公开实施例的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置执行。本公开实施例的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法。
该步骤中，第一量子芯片可以为任一量子芯片，量子芯片可以为超导量子芯片，作为超导电路技术方案的核心载体，超导量子芯片的研发至关重要。与经典芯片类似，在正式生产和加工之前，超导量子芯片也需要一个完整的结构版图。该结构版图包含了量子芯片的所有核心器件、控制线、读取线等信息。
如图2所示为一个超导量子芯片的一个完整版图，该版图包含了超导量子芯片的核心器件、控制线、读取线等信息。在核心器件中，最重要的器件之一就是量子比特。在实际版图中，量子比特通常由共面电容和约瑟夫森结共同构成。在实践中，会先设计一个衬底(通常由硅或者蓝宝石实现)，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电容，且非线性器件约瑟夫森结会加工在两个金属板之间。
为了方便理解后续内容，可以先介绍一下量子芯片的基本构成。如图2所示，量子比特(Qubit)呈二维阵列式排布，其余元件包含耦合器(Coupler)、读取腔。其中，比特层相邻的量子比特201之间(左右两侧的十字结构)通过耦合器202(中间矩形)进行连接，每个量子比特还会与相应的读取腔203(量子比特下方三角结构和蛇形腔)进行连接。读取腔则连接读取端口并在最下端被读取线204读取，量子比特和耦合器下方为约瑟夫森结205。
第一量子芯片可以包括M个第一量子器件，M为大于2的整数，如三个第一量子器件、四个第一量子器件，其对应一个多体系统。其中，M个第一量子器件中包括两个目标量子器件，这两个目标量子器件包括约瑟夫森结，目标量子器件可以为量子比特。以下实施例中，将以三个第一量子器件为例进行详细说明，其中，三个第一量子器件中均包括约瑟夫森结。
在一可选实施方式中，M个第一量子器件可以为量子比特-耦合器-量子比特(qubit-coupler-qubit，QCQ)结构，如图3所示，为超导量子芯片的基本构成，其是一个QCQ结构的版图，在该结构版图中，十字结构表示该器件的自电容部分，十字结构底下的黑色方块表示约瑟夫森结，在仿真中可以通过一个集总电感来模拟。左右两侧的结构为量子比特，中间的十字为耦合器(也是一个量子比特)，共同组成了一个三体量子比特的多体系统。
而两个目标量子器件即为左右两侧的量子比特，在仅关注这两个目标量子器件的基础上，可以将由M个第一量子器件构成的多体系统等效为包括这两个目标量子器件的等效两体系统。
超导量子芯片的仿真验证是设计阶段不可或缺的一环，而超导量子芯片版图中往往存在多个量子器件，在设计过程中，通常关注的可能是两个特定器件之间的耦合强度。但由于版图上众多其他量子器件的存在，所以当只关注这个多体系统中的两体子系统时，两个量子器件间的耦合强度不再是裸频态(即个体在孤立状态下的本征频率)下的耦合强度，而是一个受到版图上所有量子器件影响的等效耦合强度。理论上，可以通过调控两体以外的其他量子器件的参数，实现对特定两体系统耦合强度的操控，因此在仿真等效耦合强度对于验证量子比特的调控设计非常重要。
相关技术中，通常可以采用等效电路法对超导量子电路进行仿真验证，具体可以将量子芯片版图中的连续导体视作等势体，并按照节点电势法进行等效电路建模，节点之间用电容或者电感连接；之后通过电磁场仿真软件仿真出节点间的电容、电感等参数；对等效电路模型进行量子化得到表征量子芯片体系的完整哈密顿量，并且可以同时获取到相关的裸态下特征参数，之后根据多体系统到等效两体系统的变换关系，利用已经求得的裸态下特征参数计算出目标量子器件间的等效耦合强度，从而实现对超导量子芯片的仿真验证。
然而，等效电路法采取的近似较多，等效电路法将连续导体视为等势体，在高频电磁场下，连续导体不能被视作一个等势体，因此该方法会与真实的物体环境有所差别，计算结果也会有一定差距。
本实施例的目的即在于：确定超导量子芯片(其对应一个多体系统)版图的等效两体系统中目标量子器件的器件电感能量占比(inductance Energy Participation Ratio，iEPR)和符号信息，该器件电感能量占比(iEPR)和符号信息可以作为连接该等效两体体系中的裸态信息与缀饰态信息之间的桥梁，利用器件电感能量占比和符号信息能够完整构建出与超导量子芯片等效两体系统分别在裸态和缀饰态下的哈密顿量之间的变换矩阵，从而基于该变换矩阵和等效两体系统对应的缀饰态信息确定超导量子芯片版图的等效两体系统的等效耦合强度。
第一量子芯片的结构版图的获取方式包括但不限于获取预先存储的版图、获取用户输入的量子芯片版图。
步骤S102：基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息。
该步骤中，目标器件电感能量占比为：目标本征模式下，存储在目标量子器件的第一电感能量相对于存储在第一量子芯片的第二电感能量的占比，目标本征模式与目标量子器件对应。
由于各个量子器件的耦合，量子芯片可以包括多个本征模式，其本征模式的数量通常与量子器件的数量相关，如量子芯片包括三个量子器件时，通常可以包括三个本征模式，三个本征模式可以与三个量子器件一一对应。而目标本征模式即是与目标量子器件对应，如两个目标量子器件为两个量子比特时，目标本征模式包括两个，与这两个量子比特一一对应。
针对每个目标量子器件，其均对应有目标器件电感能量占比，目标器件电感能量占比可以包括目标量子器件在第一量子芯片的每个目标本征模式下的器件电感能量占比。
目标本征模式m下目标量子器件k的器件电感能量占比可以表示为pmk，用下式(1)所示。
Figure GDA0004193415420000071
其中，
Figure GDA0004193415420000072
为目标本征模式m下存储在目标量子器件k的第一电感能量，
Figure GDA0004193415420000073
为目标本征模式m下存储在量子芯片中的第二电感能量。
相应的，目标器件电感能量占比的数量为4个，分别为p11、p12、p21和p22，分别为目标本征模式1下目标量子器件1的器件电感能量占比，目标本征模式1下目标量子器件2的器件电感能量占比，目标本征模式2下目标量子器件1的器件电感能量占比，目标本征模式2下目标量子器件2的器件电感能量占比。
在一可选实施方式中，可以将该结构版图置于电磁场仿真环境中进行第一量子芯片的仿真，得到仿真输出信息，该仿真输出信息可以包括第一量子芯片的等效电路模型的相关参数信息，如电容、电感信息等。可以基于第一量子芯片的等效电路模型的相关参数信息，基于相关参数信息，采用哈密顿量建模方式确定目标量子器件在目标本征模式下的目标器件电感能量占比。
在另一可选实施方式中，可以对该结构版图进行高频电磁场仿真，即对输入的版图进行本征模式求解，得到仿真输出信息，该仿真输出信息可以包括第一量子芯片在高频电磁场的目标本征模式下的缀饰态信息，缀饰态信息可以为第一量子芯片所构成的量子系统的本征态信息，为各个第一量子器件相互耦合的整体量子系统的信息表征。
缀饰态信息可以包括第一量子芯片在目标本征模式下的频率和电磁场分布信息等，电磁场分布信息可以表征第一量子芯片在不同目标本征模式下辐射在空间中的电磁场分布，如电磁场分布信息可以包括目标本征模式m在空间中的电场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000081
磁场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000082
以及量子芯片的表面电流密度
Figure GDA0004193415420000083
等。之后，可以基于电磁场分布信息，确定目标量子器件在目标本征模式下的目标器件电感能量占比。
目标符号信息指示目标本征模式下目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系。其中，预设参考方向可以为标准笛卡尔坐标系下的参考方向，默认参考方向为标准笛卡尔坐标系的各个正方向，对于所有的第一量子器件默认参考方向均统一。
目标符号信息指示目标本征模式下目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系包括两种情况，分别为同向和反向，且同向和反向时，目标符号信息不同。在一可选实施方式中，目标符号信息为1时指示目标本征模式下目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向为同向，目标符号信息为-1时指示目标本征模式下目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向为反向。
可以基于电磁场分布信息，确定目标量子器件在目标本征模式下的目标符号信息。其中，目标本征模式m下目标量子器件k的目标符号信息可以表示为smk，分别为s11、s12、s21和s22，分别为目标本征模式1下目标量子器件1的符号信息，目标本征模式1下目标量子器件2的符号信息，目标本征模式2下目标量子器件1的符号信息，目标本征模式2下目标量子器件2的符号信息。
步骤S103：基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵。
该步骤中，目标两体系统为两个目标量子器件对应的等效两体系统，目标两体系统与第一量子芯片所构成的多体系统等效。
由于第一量子芯片包括多个量子器件，即第一量子芯片所构成的系统是一个多体系统，两两量子器件之间均存在耦合，在一种场景下，通常关注的是这多个量子器件中两个目标量子器件的等效耦合强度，即将其他量子器件与目标量子器件之间的耦合强度化为零，实现由多个量子器件构成的多体系统等效为包括这两个目标量子器件的等效两体系统即目标两体系统。
比如，QCQ结构版图中，通常关注的是两个量子比特之间的等效耦合强度，以实现双比特量子门。
第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括与量子芯片所构成的多体系统的等效两体系统中量子器件(所关注的两个目标器件)对应的器件电感能量占比和符号信息。其中，该量子芯片包括多个量子器件。以下在确定等效耦合强度的过程中，等效两体系统中量子器件均指的是所关注的目标器件(如量子器件1和量子器件2)，需要基于等效两体系统中两个目标器件的相关信息，确定这两个目标器件的等效耦合强度。
在等效两体系统中，可以结合等效两体系统中量子器件对应的符号信息，来确定第一关系，第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与，等效两体系统中量子器件对应的器件电感能量占比和符号信息的关系，变换矩阵用U表示，可以作为量子芯片等效两体系统下缀饰态信息和裸态信息之间的桥梁，第一关系用下式(2)表示。
Figure GDA0004193415420000091
可知，为了确定目标变换矩阵，需要得到目标量子器件在目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，将其代入至第一关系中，即可得到目标两体系统对应的目标变换矩阵。
步骤S104：基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
该步骤中，第一表征矩阵可以为基于目标两体系统对应的缀饰态信息确定，缀饰态信息可以包括目标本征模式的频率，用ω″m表示，为目标本征模式m的频率。
相应的，可以基于目标本征模式的频率确定目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，可以为
Figure GDA0004193415420000101
利用目标变换矩阵对第一表征矩阵进行逆变换，即可确定目标两体系统中两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
本实施例中，可以利用目标量子器件在目标本征模式下的器件电感能量占比和符号信息，构建量子芯片等效两体系统对应的变换矩阵，基于量子芯片等效两体系统的缀饰态信息，利用变换矩阵实现对等效两体系统中目标量子器件之间的等效耦合强度的确定，从而可以实现对包含有多个量子器件的量子芯片版图中两个目标量子器件如量子比特间的等效耦合强度的仿真验证，提高量子比特间的等效耦合强度的确定准确性，以及提高包含有多个量子器件的量子芯片版图的设计效率。并且，可以不受芯片器件规模的影响，在任意多器件系统中只需要对所关注的器件子系统的等效耦合强度进行求解。对于量子芯片设计阶段的特征参数验证工作有着重要的实用价值。
可选的，所述步骤S104具体包括：
基于所述目标变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述目标等效系统在裸态下哈密顿量的第二表征矩阵；
基于所述第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定所述两个目标量子器件的目标本征频率和所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息，所述第二关系为量子芯片所构成的多体系统的等效两体系统在裸态下哈密顿量的第一表征参量与第二目标信息的关系，量子芯片包括多个量子器件，所述第二目标信息包括等效两体系统中量子器件的本征频率和两个量子器件之间的等效耦合信息，所述等效耦合信息基于两个量子器件之间的等效耦合强度和量子器件的本征频率确定；
基于所述目标本征频率和所述目标等效耦合信息，确定所述目标等效耦合强度。
本实施方式中，可以基于目标变换矩阵，对第一表征矩阵
Figure GDA0004193415420000102
进行逆变换，得到目标等效系统在裸态下哈密顿量的第二表征矩阵
Figure GDA0004193415420000103
用下式(3)表示。
Figure GDA0004193415420000111
相应的，可以基于第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定两个目标量子器件的目标本征频率和两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息。
其中，第二关系为量子芯片等效两体系统在裸态下哈密顿量的第一表征参量
Figure GDA0004193415420000112
与，等效两体系统中量子器件的本征频率和两个量子器件之间的等效耦合信息的关系，可以用下式(4)表示。
Figure GDA0004193415420000113
其中，ω″1和ω″2分别为等效两体系统中两个量子器件的本征频率，
Figure GDA0004193415420000114
为等效两体系统中两个量子器件之间的等效耦合信息(即等效耦合项)，等效耦合项与，两个量子器件之间的等效耦合强度g′12和本征频率的关系为
Figure GDA0004193415420000115
可以比对第二表征矩阵和第二关系中的第一表征参量，可以得到两个目标量子器件的目标本征频率和两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息。
之后，可以基于目标本征频率和所述目标等效耦合信息，采用下式(5)确定目标等效耦合强度g′12。
Figure GDA0004193415420000116
如此，可以实现目标等效耦合强度的确定。
可选的，所述基于所述第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定所述两个目标量子器件的目标本征频率和所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息之前，还包括：
获取量子芯片在裸态下哈密顿量的第二表征参量，所述第二表征参量包括关于哈密顿量的一次量子化算符的第一参量矩阵；
对所述第一参量矩阵进行部分对角化处理，得到第二参量矩阵，所述第二参量矩阵包括第一块对角的子矩阵和第二块对角的子矩阵，所述第一块对角的子矩阵为等效两体系统中两个量子器件对应的参量矩阵，所述第二块对角的子矩阵为对角阵；
基于所述第二参量矩阵，确定等效两体系统在裸态下的哈密顿量；
基于等效两体系统在裸态下的哈密顿量，确定所述第二关系。
本实施方式中，可以从量子芯片在裸态下的哈密顿量出发，对其进行变换，得到量子芯片在裸态下哈密顿量的第二表征参量。
对于一个有多量子器件的芯片版图，其裸态表象下的哈密顿量可以用下式(6)表示。
Figure GDA0004193415420000121
其中，Qi为电荷量，Φi为电感磁通量，Ci、Ch和Cg,ij为电容，Li为电感。
对上式(6)所示的哈密顿量进行一次量子化，可以做如下变量代换：
Figure GDA0004193415420000122
其中，ωi为量子器件的裸态频率，xi为新的广义坐标，pi为广义动量，得到如下式(7)所示的哈密顿量。
Figure GDA0004193415420000123
其中，gij表示两个量子器件之间的耦合强度，满足gij＝gji。
基于两个量子器件之间的耦合强度和频率，确定耦合项
Figure GDA0004193415420000124
用下式(8)表示。
Figure GDA0004193415420000125
因为一次量子化形式的哈密顿量是二次型，可以将其写成矩阵相乘形式，如下式(9)表示。
Figure GDA0004193415420000126
可知，量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的第二表征参量
Figure GDA0004193415420000127
如下式(10)表示。
Figure GDA0004193415420000131
其中，
Figure GDA0004193415420000132
为块对角矩阵，
Figure GDA0004193415420000133
为关于哈密顿量的一次量子化算符(广义动量pi)的子矩阵，即为第一参量矩阵。
不妨设关注的是第一个量子器件和第二个量子器件构成的子系统，那么只需要通过幺正变换将所有其他量子器件与量子器件1或量子器件2的耦合强度
Figure GDA0004193415420000139
化为0即可。这等价于将
Figure GDA0004193415420000134
变换为分块矩阵(块对角矩阵)，该分块矩阵(即第二参量矩阵)可以包括第一块对角的子矩阵和第二块对角的子矩阵，第一块对角的子矩阵为等效两体系统中两个量子器件对应的参量矩阵，即量子器件1与量子器件2构成一个二维的分块，第二块对角的子矩阵为对角阵，即其他量子器件与量子器件1或量子器件2的耦合强度
Figure GDA0004193415420000135
为0。
也就是说，存在块对角矩阵U1，基于块对角矩阵U1，通过幺正变换将第一参量矩阵进行部分对角化处理，得到第二参量矩阵，用下式(11)表示。
Figure GDA0004193415420000136
Figure GDA0004193415420000137
是一个实对称矩阵，这实际上保证了上述的块对角化矩阵U1是一定存在的。而且矩阵U1不仅是一个幺正矩阵，还是一个实矩阵，即正交阵。
下面对上述U1变换的存在的进行证明，以说明多体系统中等效两体系统存在的合理性。因为
Figure GDA0004193415420000138
是一个实对称矩阵，因此可以对实对称矩阵进行研究。
对于一个M*M的实对称阵AM，其特征值为实数。假设X1为其中特征值λ1的特征向量，将它扩充成RM中的一组标准正交基X1，X2，X3，…XM，并将这些列向量组成一个正交矩阵UM，UM＝(X1，X2，X3，…XM)。
则有
Figure GDA0004193415420000148
成立。
因为有：
Figure GDA0004193415420000142
知
Figure GDA0004193415420000143
成立。所以有：
Figure GDA0004193415420000144
成立。
其中，右下角的子矩阵
Figure GDA0004193415420000145
也是一个实对称阵，对该部分也可以进行相同的操作得到AM-2的子矩阵，以此类推，只要重复上述操作M-2次，就可以得到一个2*2的子矩阵。
以此，可以将
Figure GDA0004193415420000146
通过正交变换实现上式(11)所表示的部分对角化处理，得到块对角形式的第二参量矩阵。
基于第二参量矩阵，从多体系统的裸态表象变换到该等效两体系统的裸态表象下，哈密顿量用下式(12)表示。
Figure GDA0004193415420000147
其中，ω′1和ω′2为等效两体系统中所关注的量子器件即目标器件的频率，x′i和p′i等为哈密顿量的一次量子化算符。
在该表象下，通常关心的是量子器件1与量子器件2(即目标器件)构成的子系统与其他量子器件解耦，从而将多体系统变换为等效两体系统。在等效两体系统下，通常只关注由这两个量子器件(即目标器件)构成的子系统，因此基于上式(12)所示的哈密顿量，可以确定如上式(4)所示的第二关系。如此，可以实现第二关系的确定。
可选的，所述步骤S103之前，所述方法还包括：
确定第三关系，所述第三关系为：等效两体系统中量子器件在量子器件对应本征模式下的器件电感能量占比，与预先构造的等效两体系统对应的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
基于所述第三关系和等效两体系统中量子器件在本征模式下的符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系。
可选的，所述第一关系为：
Figure GDA0004193415420000151
其中，U为变换矩阵，s11、s12、s21和s22为符号信息，p11、p12、p21和p22为器件电感能量占比。
可选的，所述确定第三关系，包括：
确定第四关系和第五关系，所述第四关系为：等效两体系统中量子器件对应本征模式下存储在量子器件中的电感能量，与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第五关系为：本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的关系；
基于所述第四关系和所述第五关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第三目标信息的第六关系，所述第三目标信息包括所述电感参量和等效两体系统在缀饰态下哈密顿量；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第六关系进行变换，得到所述第三关系。
可选的，所述基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，包括：
确定所述电感参量与等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第八关系；
确定等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第九关系；
基于所述第七关系、所述第八关系和所述第九关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
可选的，所述对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量，包括：
对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行二次量子化，得到等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
本实施方式中，通常存在幺正变换矩阵，可以将等效两体系统(具体为等效两体系统中所关注的两个目标器件构成的子系统)在裸态下哈密顿量的表征参量
Figure GDA0004193415420000161
转换为缀饰态下哈密顿量的表征参量
Figure GDA0004193415420000162
用下式(13)表示。
Figure GDA0004193415420000163
其中，ω″1和ω″2为目标器件对应的缀饰态下的本征模式下的频率，U为变换矩阵，易知该变换矩阵是一个块对角矩阵，为了满足
Figure GDA0004193415420000165
的对易关系，两个对角块的子矩阵相等，因此，预先构造的变换矩阵可以用下式(14)表示。
Figure GDA0004193415420000164
其中，针对对角块的子矩阵，本征模式m对应行量子器件k对应列的元素用umk表示。针对本征模式m下量子器件k，其目标元素即为umk。其中，本征模式可以为等效两体系统中目标器件对应的本征模式，其可以包括量子器件1对应的本征模式1和量子器件2对应的本征模式2，量子器件包括量子器件1和量子器件2。
在一可选实施方式中，第三关系可以为
Figure GDA0004193415420000171
其中，pmk为本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比，umk为变换矩阵中本征模式m对应行和量子器件k对应列所确定的元素。
以下详细阐述第三关系的确定过程。
根据量子力学的原理，量子力学量的期望值可以与经典值对应，可以得到第四关系和第五关系，分别用下式(15)和(16)表示。
Figure GDA0004193415420000172
Figure GDA0004193415420000173
其中，上式(15)和(16)中，
Figure GDA0004193415420000174
表示量子力学中本征模式m(m为1、2)下量子器件k(k为1、2)的电感能期望值，
Figure GDA0004193415420000175
为量子芯片的电容能，电容能与空间中的电场能相等，
Figure GDA0004193415420000176
表示量子力学中本征模式m下量子芯片的总能量期望值，总能量包含电感能和电容能，而电容能与电感能相等，因此，总能量期望值等于二倍的电感能，
Figure GDA0004193415420000177
为等效两体系统在缀饰态表象下的哈密顿量。
基于iEPR在量子理论层面的定义，基于第四关系和第五关系，可以得到第六关系，如下式(17)所示。
Figure GDA0004193415420000178
进一步的，电感参量与裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系可以为
Figure GDA0004193415420000179
而对于变换矩阵，其可以建立裸态表象下一次量子化的哈密顿量算符与缀饰态表象下的一次量子化的哈密顿量算符之间的联系，如下式(18)所示。
Figure GDA00041934154200001710
其中，x′1、x′2、p′1、p′2为裸态表象下的一次量子化的哈密顿量算符(即裸态下哈密顿量的一次量子化算符)，x″1、x″2、p″1、p″2为缀饰态表象下的一次量子化的哈密顿量算符(即缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符)。
从上式(18)可以得出裸态表象下一次量子化的哈密顿量算符和缀饰态表象下一次量子化的哈密顿量算符之间的关系(即第八关系)，如下式(19)所示。
x′1＝u11x″1+u21x″2；x′2＝u12x″1+u22x″2 (19)
进一步的，可以确定缀饰态表象下一次量子化的哈密顿量算符和二次量子化的哈密顿量算符(即缀饰态下哈密顿量的二次量子化算符)之间的关系(即第九关系)。
之后，可以基于第七关系、第八关系和第九关系，将电感参量即
Figure GDA0004193415420000181
转化为缀饰态下的二次量子化算符。
可以根据量子光学的相关原理，基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量。其中，第一目标参量是基于目标元素的参量。
可以从等效两体系统在缀饰态下的哈密顿量出发，对其进行二次量子化，可以得到哈密顿量的二次量子化算符表征，之后，可以根据量子光学的相关原理，对哈密顿量的二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
相应的，基于第一目标参量和第二目标参量，采用上式(17)，可以得到本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比与目标元素的关系(即第三关系)，如下式(20)、(21)、(22)和(23)所示。
Figure GDA0004193415420000182
Figure GDA0004193415420000183
Figure GDA0004193415420000184
Figure GDA0004193415420000185
如此，可以实现第三关系的确定。
由U矩阵的幺正性可知，所以它的所有行向量或者列向量都各自构成一组标准正交基，从而推出iEPR矩阵的行列归一性，用下式(24)表示。
p11+P12＝p11+p21＝p21+P22＝p12+p22 (24)
可以看到，iEPR与U矩阵的元素有如式(20)至(23)的对应关系，因此
Figure GDA0004193415420000186
要利用iEPR确定出变换矩阵U，还缺少对于矩阵元素正负号的判断。
可以引入符号信息smn，用来表示变换矩阵U中元素的正负号，因此，可以基于第三关系和等效两体系统中量子器件在本征模式下的符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到如上式(2)所示的第一关系，第一关系中
Figure GDA0004193415420000191
如此，可以实现第一关系的确定。
可选的，所述步骤S102具体包括：
对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的目标本征模式下的电磁场分布信息；
基于所述电磁场分布信息，确定所述目标器件电感能量占比和所述目标符号信息。
本实施方式中，可以对该结构版图进行有限元方法的高频电磁场仿真，即对输入的版图进行本征模式求解，得到第一量子芯片在高频电磁场的各个目标本征模式下的缀饰态信息，该缀饰态信息可以包括第一量子芯片在高频电磁场的各个目标本征模式下的电磁场分布信息。
本实施例中，通过将多体系统等效为两体系统，这样在进行本征模式求解时，只需要仿真出两个目标本征模式的缀饰态信息即可，提高了高频电磁仿真的效率。
电磁场分布信息可以表征第一量子芯片在不同目标本征模式下辐射在空间中的电磁场分布，如电磁场分布信息可以包括本征模式m(目标本征模式)在空间中的电场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000192
磁场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000193
以及第一量子芯片的表面电流密度
Figure GDA0004193415420000194
等。
之后，可以基于电磁场分布信息，确定目标器件电感能量占比。本实施方式中，通过采用高频电磁场仿真，采取的近似更少，考虑了高频电磁场所带来的导体自身的电感效应，更加接近实际情况，准确性更高，同时适用于全频率区间(不同器件间的频率差可以处于任意区间)的耦合情况，对于超导量子芯片设计与仿真有着重要的实用价值。
并且，可以基于电磁场分布信息，确定目标本征模式下目标量子器件的约瑟夫森结上的电流，比对电流的方向与预设参考方向的正反关系，实现目标符号信息的确定。
可选的，所述电磁场分布信息包括所述目标本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述目标符号信息通过如下方式确定：
基于所述电流密度，确定所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流；
基于所述电流，确定所述目标符号信息。
本实施方式中，电磁场分布信息可以包括目标本征模式下第一量子芯片表面上的电流密度，用
Figure GDA0004193415420000201
表示。
基于电流密度，采用下式(25)确定本征模式m(目标本征模式)下量子器件k(目标量子器件)的约瑟夫森结上的电流Imk。
Figure GDA0004193415420000202
其中，m为1，2，k为1，2，
Figure GDA0004193415420000203
为量子器件k的约瑟夫森结在版图中表示为等效集总电感时的长度，上式(25)的积分范围是
Figure GDA0004193415420000204
Figure GDA0004193415420000205
表示积分面积为版图中约瑟夫森结等效电感的面积，以上为约瑟夫森结的参量信息，均为已知量。
在确定得到目标本征模式下目标量子器件的约瑟夫森结上的电流的情况下，可以比对电流的方向与预设参考方向的正反关系，如正反关系为同向时，确定目标符号信息为1，正反关系为反向时确定目标符号信息为-1，目标符号信息也可以根据正反关系反向设置，这里不进行具体限定，如此可以实现目标符号信息的确定。
可选的，所述基于所述电流，确定所述目标符号信息，包括：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述目标符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述目标符号信息确定为-1。
其中，Imk＞0时，电流指示的方向与预设参考方向同向，smk＝1，Imk＜0时，电流指示的方向与预设参考方向反向，smk＝-1。如此，可以实现目标符号信息的确定。
可选的，所述目标器件电感能量占比通过如下方式确定：
基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在所述目标本征模式下的电磁场能量信息；
基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述目标器件电感能量占比。
本实施方式中，可以基于本征模式m(目标本征模式)在空间中的电场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000211
磁场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000212
以及第一量子芯片的表面电流密度
Figure GDA0004193415420000213
等，结合第一量子芯片的相关参数信息(如第一量子器件的约瑟夫森结的参量信息、电场辐射信息和磁场辐射信息等)确定第一量子芯片在目标本征模式下的电磁场能量信息。其中，电磁场能量信息可以包括：目标本征模式下，第一量子器件的约瑟夫森结上的电感能、在空间中总的电场能、在空间中总的磁场能等。
在得到电磁场能量信息的基础上，可以基于该电磁场能量信息，确定目标量子器件在目标本征模式下的目标器件电感能量占比。如此，可以基于高频电磁场仿真的方式，实现目标对器件电感能量占比的确定。
以下详细介绍如何基于电磁场分布信息，实现对目标器件电感能量占比的确定。
电磁场分布信息可以包括第一量子芯片在目标本征模式下的表面电流密度
Figure GDA0004193415420000214
可以基于电流密度和目标量子器件的约瑟夫森结的参量信息，确定本征模式m(即目标本征模式)下各个目标量子器件(如量子器件k)的约瑟夫森结上的电感能，用下式(26)表示。
Figure GDA0004193415420000215
其中，
Figure GDA0004193415420000216
为量子器件k的约瑟夫森节的电感，
Figure GDA0004193415420000217
为量子器件k的约瑟夫森结在版图中表示为等效集总电感时的长度，上式(26)的积分范围是
Figure GDA0004193415420000218
Figure GDA0004193415420000219
表示积分面积为版图中约瑟夫森结等效电感的面积，以上为约瑟夫森结的参量信息，均为已知量。
电磁场分布信息可以包括目标本征模式下第一量子芯片辐射在空间中的电场强度峰值分布，可以基于电场强度峰值分布
Figure GDA00041934154200002110
和第一量子芯片的电场辐射信息，确定本征模式m下第一量子芯片辐射在空间中总的电场能，用下式(27)所示。
Figure GDA00041934154200002111
其中，
Figure GDA00041934154200002112
表示电场强度峰值分布的复共轭，
Figure GDA00041934154200002113
表示空间中不同位置处的介电张量，上式(27)的积分范围是V，V表示空间体积，以上为电场辐射信息，均为已知量。
另外，电磁场分布信息可以包括目标本征模式下第一量子芯片辐射在空间中的磁场强度峰值分布
Figure GDA0004193415420000221
可以基于磁场强度峰值分布和第一量子芯片的磁场辐射信息，确定本征模式m下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，用下式(28)所示。
Figure GDA0004193415420000222
其中，
Figure GDA0004193415420000223
表示磁场强度峰值分布的复共轭，
Figure GDA0004193415420000224
表示空间中不同位置处的磁导率张量，上式(28)的积分范围是V，V表示空间体积，以上为磁场辐射信息，均为已知量。
之后，可以基于电磁场能量信息，确定第一电感能量和第二电感能量，如可以基于目标本征模式下，目标量子器件的约瑟夫森结上的电感能、第一量子芯片辐射在空间中总的电场能和辐射在空间中总的磁场能，确定第一电感能量和第二电感能量。
在一可选实施方式中，第一电感能量可以按照目标本征模式下不同目标量子器件的约瑟夫森结上的电感能比例分配该目标本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，从而确定第一电感能量。在另一可选实施方式中，可以按照目标量子器件在不同目标本征模式下的约瑟夫森结的电感能占比进行空间中的磁场能分配，从而确定第一电感能量。
在一可选实施方式中，第二电感能量可以确定为目标本征模式下第一量子芯片储存的总电容能。在另一可选实施方式中，第二电感能量可以确定为目标本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的电场能。
之后，针对每个目标量子器件，可以将第一电感能量和第二电感能量的比值确定为目标器件电感能量占比。如此，可以基于电磁场分布信息实现对目标器件电感能量占比的确定。
可选的，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第一电感能量通过如下方式确定：
基于所述第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成两个部分，得到所述目标本征模式下所述两个目标量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，每个部分的磁场能量为第二磁场能量，所述两个目标量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
将所述目标量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
本实施方式中，可以按照目标本征模式下不同目标量子器件的约瑟夫森结上的电感能比例分配该目标本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能。具体的，第三电感能量即是上式(26)确定的电感能，第一磁场能量即是由上式(28)确定的磁场能，可以针对每个目标本征模式，基于该目标本征模式下两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，按照比例分配该目标本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能。
如针对每个第一量子器件，可以按照第三电感能量在两个目标量子器件的约瑟夫森结上的电感能的总和中所占的百分比例，确定两个部分中每个部分的第二磁场能量；第二磁场能量为第一磁场能量与该百分比例的乘积。
其中，空间中的磁场能分配比例为
Figure GDA0004193415420000231
k1和k2分别表示不同的两个目标量子器件，这两个目标量子器件上分配的磁场能之和等于本征模式m中第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，用
Figure GDA0004193415420000232
表示。
本实施例中，在量子芯片包括多个量子器件的情况下，通过将多体系统等效为两体系统，这样只需要将第一磁场能量分为两份即可，即空间中的磁场能被两个目标量子器件按照比例分配。这是因为，所需要求解的是等效两体系统，这个等效两体系统中除了两个目标量子器件外，也已经有了其他量子器件的参与，是所有量子器件的共同作用形成的，相当于已经把其他量子器件的场信息分配给这两个目标量子器件，即这两个目标量子器件占主导地位。因此，在求解目标量子器件在目标本征模式下的器件电感能量占比时，只需要把空间中的磁场能分给两个目标量子器件即可。
之后，针对每个目标量子器件，将目标本征模式下目标量子器件在约瑟夫森结上的电感能与分配的磁场能进行加和，得到目标本征模式下存储在该目标量子器件中的第一电感能量，用
Figure GDA0004193415420000233
表示。如此，可以实现第一电感能量的确定。
可选的，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第二电感能量通过如下方式确定：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
本实施方式中，电磁场中电感能、电容能、电场能、磁场能的关系可以为
Figure GDA0004193415420000241
Figure GDA0004193415420000242
表示本征模式m中储存的总电感能，
Figure GDA0004193415420000243
表示本征模式m下储存的总电容能，
Figure GDA0004193415420000244
表示本征模式m在空间中的总电场能，
Figure GDA0004193415420000245
表示本征模式m在空间中总的磁场能，
Figure GDA0004193415420000246
表示本征模式m在kinetic电感中存储的能量，约瑟夫森结的等效集总电感就属于kinetic电感。
可知，本征模式m中储存的总电感能与本征模式m在空间中总的电场能相等，因此，可以将第一电场能量确定为第二电感能量，实现第二电感能量的确定。
相应的，根据电磁场能量信息中的电场能，采用上式(1)确定本征模式下量子器件k的目标器件电感能量占比，
Figure GDA0004193415420000247
在确定目标等效耦合强度的基础上，可以输出两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度进行相应应用，如输出进行验证量子比特的调控设计，输出给研究人员在设计阶段更好地评估出量子芯片的性能，输出给研究人员做进一步仿真验证工作。
在一可选实施方式中，本实施例的整体流程如图4所示，上述步骤均在前面已经详细阐述，这里不再进行赘述。与相关的等效电路方法相比，基于高频电磁场仿真，将高频场带来的效应考虑其中，采取的近似更少、更加接近实际情况，对于超导量子芯片的设计和验证工作具有重要的实用价值。
下面用具体的实例对本实施例方法的正确性进行验证。
可以采用如图3所示的QCQ结构版图进行验证，QCQ结构可以通过调谐耦合器的磁通(即等效于调节耦合器约瑟夫森结的电感)调节两个量子比特间的等效耦合强度，从而实现量子比特间的耦合关断与打开，极大改善了诸如串扰、寄生耦合等问题。
可以将对QCQ结构的耦合器电感进行调节，分别利用本实施例方法与等效电路方法计算量子比特间的等效耦合强度，并进行数据对比，以验证本实施例方案的有效性。
设置量子比特1和量子比特2的电感值均为12nH，调节耦合器的电感值从7nH变化到11nH，分别在不同耦合器电感值下，利用本实施例方法与等效电路方法进行量子比特间的等效耦合强度计算。
不同耦合器电感值下量子比特间的等效耦合强度的结果对比如图5所示，其中，数据点及虚线表示本实施例方法求解得到的量子比特间的等效耦合强度的结果，连续曲线表示等效电路方法求解得到的量子比特间的等效耦合强度的结果。
由图5可以看出，本实施例方法可以对耦合器调谐量子比特的等效耦合强度的过程进行模拟，并且找到耦合关断点(等效耦合强度为0)。
本实施例方法求解得到的等效耦合强度的结果与等效电路方法求解得到的等效耦合强度非常接近，同时，本实施例方法与等效电路方法找到的耦合关断点一致，证明本实施例方法计算结果正确。
另外，可以看到等效电路法在越接近耦合关断点的地方，与本实施例方法吻合得越好，这是因为在耦合关断点附近，互感效应也会趋于0，因此等效电路方法求解得到的等效耦合强度的结果也会更加接近真实情况。而在其他情况下，由于等效电路方法未考虑高频场互感效应的影响，导致等效耦合强度的绝对值均略大于本实施例方法求解得到的等效耦合强度，因此，本实施例方法求解得到的等效耦合强度的结果更加接近真实情况。
第二实施例
如图6所示，本公开提供一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置600，包括：
第一获取模块601，用于获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件，所述目标量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
第一确定模块602，用于基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，所述目标本征模式与所述目标量子器件对应，所述目标器件电感能量占比为：所述目标本征模式下，存储在所述目标量子器件的第一电感能量相对于存储在所述第一量子芯片的第二电感能量的占比，所述目标符号信息指示所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
第二确定模块603，用于基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵，所述目标两体系统为所述两个目标量子器件对应的等效两体系统，所述目标两体系统与所述第一量子芯片所构成的多体系统等效，所述第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
第三确定模块604，用于基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
可选的，所述第三确定模块604包括：
逆变换子模块，用于基于所述目标变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述目标等效系统在裸态下哈密顿量的第二表征矩阵；
第一确定子模块，用于基于所述第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定所述两个目标量子器件的目标本征频率和所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息，所述第二关系为量子芯片所构成的多体系统的等效两体系统在裸态下哈密顿量的第一表征参量与第二目标信息的关系，量子芯片包括多个量子器件，所述第二目标信息包括等效两体系统中量子器件的本征频率和两个量子器件之间的等效耦合信息，所述等效耦合信息基于两个量子器件之间的等效耦合强度和量子器件的本征频率确定；
第二确定子模块，用于基于所述目标本征频率和所述目标等效耦合信息，确定所述目标等效耦合强度。
可选的，所述装置还包括：
第二获取模块，用于获取量子芯片在裸态下哈密顿量的第二表征参量，所述第二表征参量包括关于哈密顿量的一次量子化算符的第一参量矩阵；
处理模块，用于对所述第一参量矩阵进行部分对角化处理，得到第二参量矩阵，所述第二参量矩阵包括第一块对角的子矩阵和第二块对角的子矩阵，所述第一块对角的子矩阵为等效两体系统中两个量子器件对应的参量矩阵，所述第二块对角的子矩阵为对角阵；
第四确定模块，用于基于所述第二参量矩阵，确定等效两体系统在裸态下的哈密顿量；
第五确定模块，用于基于等效两体系统在裸态下的哈密顿量，确定所述第二关系。
可选的，所述装置还包括：
第六确定模块，用于确定第三关系，所述第三关系为：等效两体系统中量子器件在量子器件对应本征模式下的器件电感能量占比，与预先构造的等效两体系统对应的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
变量代换模块，用于基于所述第三关系和等效两体系统中量子器件在本征模式下的符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系。
可选的，所述第一关系为：
Figure GDA0004193415420000271
其中，U为变换矩阵，s11、s12、s21和s22为符号信息，p11、p12、p21和p22为器件电感能量占比。
可选的，所述第六确定模块包括：
第三确定子模块，用于确定第四关系和第五关系，所述第四关系为：等效两体系统中量子器件对应本征模式下存储在量子器件中的电感能量，与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第五关系为：本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的关系；
第四确定子模块，用于基于所述第四关系和所述第五关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第三目标信息的第六关系，所述第三目标信息包括所述电感参量和等效两体系统在缀饰态下哈密顿量；
第一算符运算子模块，用于基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
第二算符运算子模块，用于对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
变换子模块，用于基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第六关系进行变换，得到所述第三关系。
可选的，所述第一算符运算子模块，具体用于：
确定所述电感参量与等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第八关系；
确定等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第九关系；
基于所述第七关系、所述第八关系和所述第九关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
可选的，所述第二算符运算子模块，具体用于：
对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行二次量子化，得到等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
可选的，所述第一确定模块602包括：
本征模式求解子模块，用于对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的目标本征模式下的电磁场分布信息；
第五确定子模块，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述目标器件电感能量占比和所述目标符号信息。
可选的，所述电磁场分布信息包括所述目标本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述第五确定子模块包括：
第一确定单元，用于基于所述电流密度，确定所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流；
第二确定单元，用于基于所述电流，确定所述目标符号信息。
可选的，所述第二确定单元，具体用于：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述目标符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述目标符号信息确定为-1。
可选的，所述第五确定子模块包括：
第三确定单元，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在所述目标本征模式下的电磁场能量信息；
第四确定单元，用于基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
第五确定单元，用于将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述目标器件电感能量占比。
可选的，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第四确定单元，具体用于：
基于所述第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成两个部分，得到所述目标本征模式下所述两个目标量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，所述两个目标量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
将所述目标量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
可选的，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第四确定单元，具体用于：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
本公开提供的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置600能够实现超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，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7示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。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7所示，设备700包括计算单元701，其可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的计算机程序或者从存储单元708加载到随机访问存储器(RAM)703中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 703中，还可存储设备700操作所需的各种程序和数据。计算单元701、ROM 702以及RAM 703通过总线704彼此相连。输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。
设备700中的多个部件连接至I/O接口705，包括：输入单元706，例如键盘、鼠标等；输出单元707，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元708，例如磁盘、光盘等；以及通信单元709，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元709允许设备700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701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701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701执行上文所描述的各个方法和处理，例如超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法。例如，在一些实施例中，超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定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708。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 702和/或通信单元709而被载入和/或安装到设备700上。当计算机程序加载到RAM 703并由计算单元701执行时，可以执行上文描述的超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元701可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法。
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、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 (30)

1.一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定方法，包括：
获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件，所述目标量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，所述目标本征模式与所述目标量子器件对应，所述目标器件电感能量占比为：所述目标本征模式下，存储在所述目标量子器件的第一电感能量相对于存储在所述第一量子芯片的第二电感能量的占比，所述目标符号信息指示所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵，所述目标两体系统为所述两个目标量子器件对应的等效两体系统，所述目标两体系统与所述第一量子芯片所构成的多体系统等效，所述第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度，包括：
基于所述目标变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述目标等效系统在裸态下哈密顿量的第二表征矩阵；
基于所述第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定所述两个目标量子器件的目标本征频率和所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息，所述第二关系为量子芯片所构成的多体系统的等效两体系统在裸态下哈密顿量的第一表征参量与第二目标信息的关系，量子芯片包括多个量子器件，所述第二目标信息包括等效两体系统中量子器件的本征频率和两个量子器件之间的等效耦合信息，所述等效耦合信息基于两个量子器件之间的等效耦合强度和量子器件的本征频率确定；
基于所述目标本征频率和所述目标等效耦合信息，确定所述目标等效耦合强度。
3.根据权利要求2所述的方法，所述基于所述第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定所述两个目标量子器件的目标本征频率和所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息之前，还包括：
获取量子芯片在裸态下哈密顿量的第二表征参量，所述第二表征参量包括关于哈密顿量的一次量子化算符的第一参量矩阵；
对所述第一参量矩阵进行部分对角化处理，得到第二参量矩阵，所述第二参量矩阵包括第一块对角的子矩阵和第二块对角的子矩阵，所述第一块对角的子矩阵为等效两体系统中两个量子器件对应的参量矩阵，所述第二块对角的子矩阵为对角阵；
基于所述第二参量矩阵，确定等效两体系统在裸态下的哈密顿量；
基于等效两体系统在裸态下的哈密顿量，确定所述第二关系。
4.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵之前，还包括：
确定第三关系，所述第三关系为：等效两体系统中量子器件在量子器件对应本征模式下的器件电感能量占比，与预先构造的等效两体系统对应的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
基于所述第三关系和等效两体系统中量子器件在本征模式下的符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一关系为：
Figure FDA0004205016760000021
其中，U为变换矩阵，s11、s12、s21和s22为符号信息，p11、p12、p21和p22为器件电感能量占比；
s11、s12、s21和s22分别为：目标本征模式1下目标量子器件1的符号信息，目标本征模式1下目标量子器件2的符号信息，目标本征模式2下目标量子器件1的符号信息，目标本征模式2下目标量子器件2的符号信息；
p11、p12、p21和p22分别为：目标本征模式1下目标量子器件1的器件电感能量占比，目标本征模式1下目标量子器件2的器件电感能量占比，目标本征模式2下目标量子器件1的器件电感能量占比，目标本征模式2下目标量子器件2的器件电感能量占比。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述确定第三关系，包括：
确定第四关系和第五关系，所述第四关系为：等效两体系统中量子器件对应本征模式下存储在量子器件中的电感能量，与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第五关系为：本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的关系；
基于所述第四关系和所述第五关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第三目标信息的第六关系，所述第三目标信息包括所述电感参量和等效两体系统在缀饰态下哈密顿量；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第六关系进行变换，得到所述第三关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，包括：
确定所述电感参量与等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第八关系；
确定等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第九关系；
基于所述第七关系、所述第八关系和所述第九关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量，包括：
对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行二次量子化，得到等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，包括：
对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的目标本征模式下的电磁场分布信息；
基于所述电磁场分布信息，确定所述目标器件电感能量占比和所述目标符号信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电磁场分布信息包括所述目标本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述目标符号信息通过如下方式确定：
基于所述电流密度，确定所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流；
基于所述电流，确定所述目标符号信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基于所述电流，确定所述目标符号信息，包括：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述目标符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述目标符号信息确定为-1。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述目标器件电感能量占比通过如下方式确定：
基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在所述目标本征模式下的电磁场能量信息；
基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述目标器件电感能量占比。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第一电感能量通过如下方式确定：
基于所述第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成两个部分，得到所述目标本征模式下所述两个目标量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，所述两个目标量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
将所述目标量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第二电感能量通过如下方式确定：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
15.一种超导量子芯片版图中量子器件间的等效耦合强度确定装置，包括：
第一获取模块，用于获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述M个第一量子器件包括两个目标量子器件，所述目标量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
第一确定模块，用于基于所述结构版图，确定所述两个目标量子器件在所述第一量子芯片的目标本征模式下的目标器件电感能量占比和目标符号信息，所述目标本征模式与所述目标量子器件对应，所述目标器件电感能量占比为：所述目标本征模式下，存储在所述目标量子器件的第一电感能量相对于存储在所述第一量子芯片的第二电感能量的占比，所述目标符号信息指示所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
第二确定模块，用于基于所述目标器件电感能量占比、所述目标符号信息和预先确定的第一关系，确定目标两体系统对应的目标变换矩阵，所述目标两体系统为所述两个目标量子器件对应的等效两体系统，所述目标两体系统与所述第一量子芯片所构成的多体系统等效，所述第一关系为等效两体系统对应的变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
第三确定模块，用于基于所述目标变换矩阵和预先获取的所述目标两体系统在缀饰态下哈密顿量的第一表征矩阵，确定所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合强度。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第三确定模块包括：
逆变换子模块，用于基于所述目标变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述目标等效系统在裸态下哈密顿量的第二表征矩阵；
第一确定子模块，用于基于所述第二表征矩阵和预先确定的第二关系，确定所述两个目标量子器件的目标本征频率和所述两个目标量子器件之间的目标等效耦合信息，所述第二关系为量子芯片所构成的多体系统的等效两体系统在裸态下哈密顿量的第一表征参量与第二目标信息的关系，量子芯片包括多个量子器件，所述第二目标信息包括等效两体系统中量子器件的本征频率和两个量子器件之间的等效耦合信息，所述等效耦合信息基于两个量子器件之间的等效耦合强度和量子器件的本征频率确定；
第二确定子模块，用于基于所述目标本征频率和所述目标等效耦合信息，确定所述目标等效耦合强度。
17.根据权利要求16所述的装置，还包括：
第二获取模块，用于获取量子芯片在裸态下哈密顿量的第二表征参量，所述第二表征参量包括关于哈密顿量的一次量子化算符的第一参量矩阵；
处理模块，用于对所述第一参量矩阵进行部分对角化处理，得到第二参量矩阵，所述第二参量矩阵包括第一块对角的子矩阵和第二块对角的子矩阵，所述第一块对角的子矩阵为等效两体系统中两个量子器件对应的参量矩阵，所述第二块对角的子矩阵为对角阵；
第四确定模块，用于基于所述第二参量矩阵，确定等效两体系统在裸态下的哈密顿量；
第五确定模块，用于基于等效两体系统在裸态下的哈密顿量，确定所述第二关系。
18.根据权利要求15所述的装置，还包括：
第六确定模块，用于确定第三关系，所述第三关系为：等效两体系统中量子器件在量子器件对应本征模式下的器件电感能量占比，与预先构造的等效两体系统对应的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
变量代换模块，用于基于所述第三关系和等效两体系统中量子器件在本征模式下的符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一关系为：
Figure FDA0004205016760000071
其中，U为变换矩阵，s11、s12、s21和s22为符号信息，p11、p12、p21和p22为器件电感能量占比；
s11、s12、s21和s22分别为：目标本征模式1下目标量子器件1的符号信息，目标本征模式1下目标量子器件2的符号信息，目标本征模式2下目标量子器件1的符号信息，目标本征模式2下目标量子器件2的符号信息；
p11、p12、p21和p22分别为：目标本征模式1下目标量子器件1的器件电感能量占比，目标本征模式1下目标量子器件2的器件电感能量占比，目标本征模式2下目标量子器件1的器件电感能量占比，目标本征模式2下目标量子器件2的器件电感能量占比。
20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第六确定模块包括：
第三确定子模块，用于确定第四关系和第五关系，所述第四关系为：等效两体系统中量子器件对应本征模式下存储在量子器件中的电感能量，与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第五关系为：本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的关系；
第四确定子模块，用于基于所述第四关系和所述第五关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第三目标信息的第六关系，所述第三目标信息包括所述电感参量和等效两体系统在缀饰态下哈密顿量；
第一算符运算子模块，用于基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
第二算符运算子模块，用于对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
变换子模块，用于基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第六关系进行变换，得到所述第三关系。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一算符运算子模块，具体用于：
确定所述电感参量与等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定等效两体系统在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第八关系；
确定等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第九关系；
基于所述第七关系、所述第八关系和所述第九关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第二算符运算子模块，具体用于：
对等效两体系统在缀饰态下哈密顿量进行二次量子化，得到等效两体系统在缀饰态下哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
23.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一确定模块包括：
本征模式求解子模块，用于对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的目标本征模式下的电磁场分布信息；
第五确定子模块，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述目标器件电感能量占比和所述目标符号信息。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述电磁场分布信息包括所述目标本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述第五确定子模块包括：
第一确定单元，用于基于所述电流密度，确定所述目标本征模式下所述目标量子器件的约瑟夫森结上的电流；
第二确定单元，用于基于所述电流，确定所述目标符号信息。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述第二确定单元，具体用于：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述目标符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述目标符号信息确定为-1。
26.根据权利要求23所述的装置，其中，所述第五确定子模块包括：
第三确定单元，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在所述目标本征模式下的电磁场能量信息；
第四确定单元，用于基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
第五确定单元，用于将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述目标器件电感能量占比。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第四确定单元，具体用于：
基于所述第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成两个部分，得到所述目标本征模式下所述两个目标量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，所述两个目标量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
将所述目标量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述目标量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述电磁场能量信息包括：所述目标本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第四确定单元，具体用于：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
29.一种电子设备，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1-14中任一项所述的方法。
30.一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1-14中任一项所述的方法。
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