CN115598490A - 量子芯片测试方法、装置、量子测控系统和量子计算机 - Google Patents

量子芯片测试方法、装置、量子测控系统和量子计算机 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种量子芯片测试方法、装置、量子测控系统和量子计算机，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线，所述方法包括：确定各所述谐振腔的固有频率；基于待测量子比特上施加的控制信号、读取总线的输入端施加的读取信号、以及读取总线的输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔的所述固有频率确定；基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态，本申请提供了一种量子芯片的标准测试方法。

Description

量子芯片测试方法、装置、量子测控系统和量子计算机
技术领域
本申请属于量子计算领域，特别是一种量子芯片测试方法、装置、量子测控系统和量子计算机。
背景技术
在现有技术中，量子芯片作为芯片的一种，是量子计算机的基本构成单元，是以量子态的叠加效应为原理，以量子比特为信息处理的载体的处理器，量子芯片上集成有多个量子比特，为了实现更复杂的量子计算任务需求，量子芯片上的量子比特位数在迅速增加。在量子芯片制备完成后需要对量子芯片上的多个量子比特进行测试，目前并没有对量子芯片的标准检测方法。
发明内容
本申请的目的是提供一种量子芯片测试方法、装置、量子测控系统和量子计算机，以解决现有技术中的不足，它能够提供了一种量子芯片的标准测试方法。
本申请技术方案如下：
本申请一方面提供一种量子芯片测试方法，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线，所述方法包括：确定各所述谐振腔的固有频率；基于待测量子比特上施加的控制信号、读取总线的输入端施加的读取信号、以及读取总线的输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔的所述固有频率确定；基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述确定各所述谐振腔的固有频率，包括：基于所述输入端施加的第一扫描信号、所述输出端输出的扫描反馈信号，获得所述扫描反馈信号随所述第一扫描信号的频率变化的曲线，记为第一频谱曲线；确定所述第一频谱曲线中的极值点对应的频率为各所述谐振腔的固有频率。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端施加的读取信号、以及所述输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线，包括：基于所述待测量子比特上施加的第一控制信号、所述输入端施加的第一读取信号、以及所述输出端输出的第一读取反馈信号，获得所述谐振腔的频率随所述第一控制信号变化的曲线，记为第二频谱曲线；其中，所述第一控制信号为包括多个电压值的直流信号。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态，包括：基于所述第二频谱曲线确定所述待测量子比特的状态为可调或不可调。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于所述第二频谱曲线确定所述待测量子比特的状态为可调或不可调，包括：获取所述第二频谱曲线中的频率最大值和频率最小值；当所述第二频谱曲线中的频率最大值和频率最小值的差值大于预设阈值时，判断所述待测量子比特的状态为可调。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端施加的读取信号、以及所述输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线，还包括：基于所述第二频谱曲线更新所述第一控制信号并施加与所述待测量子比特、更新所述第一读取信号并施加于所述输入端，获得所述输出端输出的第二读取反馈信号；基于所述第二读取反馈信号获得所述第二读取反馈信号随更新后的所述第一读取信号的频率变化的曲线，记为第三频谱曲线；基于所述第三频谱曲线判断所述待测量子比特的状态为工作或不工作。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于所述第二频谱曲线更新所述第一控制信号，包括：基于所述待测量子比特上施加的第一控制信号、所述其他量子比特上施加第二控制信号、所述输入端施加的第二读取信号、所述输出端输出的当前读取反馈信号，获得所述谐振腔的频率随所述第一控制信号变化的曲线，记为第四频谱曲线；其中，所述第二控制信号的电压值为所述频率最小值对应的电压，所述第二读取信号的中心频率为所述频率最大值和所述频率最小值的均值；
基于所述第四频谱曲线中的频率最大值对应的电压值更新所述第一控制信号。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述更新所述第一读取信号并施加于所述输入端，包括：
预设第一功率值和第二功率值；其中，所述第一功率值大于所述第二功率值；
将功率值更新为所述第一功率值的所述第一读取信号确定为第一子读取信号；
将功率值更新为所述第二功率值的所述第一读取信号确定为第二子读取信号；
分别施加所述第一子读取信号和所述第二子读取信号至所述输入端。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于所述第二读取反馈信号获得所述第二读取反馈信号随更新后的所述第一读取信号的频率变化的曲线，记为第三频谱曲线，包括：
获得所述待测量子比特上施加更新后的所述第一控制信号、且所述输入端施加所述第一子读取信号时所述输出端输出的第一子读取反馈信号，基于所述第一子读取反馈信号随所述第一子读取信号的频率变化的曲线，记为第一子频谱曲线；
获得所述待测量子比特上施加更新后的所述第一控制信号、且所述输入端施加所述第二子读取信号时所述输出端输出的第二子读取反馈信号，基于所述第二子读取反馈信号随所述第二子读取信号的频率变化的曲线，记为第二子频谱曲线。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于所述第三频谱曲线判断所述待测量子比特的状态为工作或不工作，包括：
分别获取所述第一子频谱曲线和所述第二子频谱曲线的谐振腔频率；
基于所述第一子频谱曲线的谐振腔频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔频率的差值，判断所述待测量子比特是否工作。
如上所述的量子芯片测试方法，进一步的，所述基于所述第一子频谱曲线的谐振腔频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔频率的差值，判断所述待测量子比特是否工作，包括：
当所述第一子频谱曲线的谐振腔频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔频率的差值大于所述预设阈值时，判断所述待测量子比特工作。
本申请的另一方面提供一种量子芯片测试装置，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线，所述装置包括：
第一测量模块，用于确定各所述谐振腔的固有频率；
第二测量模块，用于基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端施加的读取信号、以及所述输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔的所述固有频率确定；
第一判断模块，用于基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态。
本申请的再一方面提供一种量子测控系统，使用上述的量子芯片测试方法对量子芯片进行测试，或包括上述的量子芯片测试装置。
本申请的再一方面提供一种量子计算机，包括上述的量子测控系统以及量子芯片，其中，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线。
与现有技术相比，本申请通过确定各所述谐振腔的固有频率；基于待测量子比特上施加的控制信号、读取总线的输入端施加的读取信号、以及读取总线的输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔的所述固有频率确定；基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态，本申请通过测试谐振腔的频率变化量判断与之耦合连接的量子比特的状态，为量子芯片的测量提供了一种量子芯片的标准测试方法。
附图说明
图1为本申请实施例提供的量子芯片结构图；
图2为本申请实施例提供的量子芯片测试方法流程图；
图3为本申请实施例提供的谐振腔固有频率测试流程图；
图4为本申请实施例提供的量子芯片与测试仪连接图；
图5为本申请实施例提供的第一频谱曲线图；
图6为本申请实施例提供的量子芯片与信号源连接图；
图7为本申请实施例提供的第二频谱曲线图；
图8为本申请实施例提供的基于第二频谱曲线判断量子比特状态的方法流程图；
图9为本申请实施例提供的基于第三频谱曲线判断量子比特状态的方法流程图；
图10为本申请实施例提供的读取信号为高功率时对应的谐振腔频谱曲线图；
图11为本申请实施例提供的读取信号为低功率时对应的谐振腔频谱曲线图；
图12为本申请实施例提供的更新第一控制信号的方法流程图；
图13为本申请实施例提供的施加第二控制信号获得的第四频谱曲线图；
图14为本申请实施例提供的更新第一读取信号的方法流程图；
图15为本申请实施例提供的基于更新第一控制信号和第一读取信号获得第三频谱曲线的方法流程图；
图16为本申请实施例提供的基于第一子频谱曲线和第二子频谱曲线判断量子比特状态的方法流程图；
图17为本申请实施例提供的一种量子芯片测试装置结构图。
附图标记说明：1-量子芯片，2-测量仪，3-信号源，10-第一测量模块，11-量子比特，12-谐振腔，13-控制信号线，131-控制端，14-读取总线，141-输入端，142-输出端，20-第二测量模块，30-判断模块。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
在量子计算机领域，量子芯片是量子计算机的核心部件，就像CPU在传统计算机中的地位。随着量子计算相关技术的不断研究推进，量子芯片上的待测量子比特位数也在逐年增加，可以预见的是，后续会出现更大规模的量子芯片。当量子芯片制备完成后，需要对量子芯片上的电路结构，尤其是核心结构待测量子比特进行测试。
如图1所示的量子芯片1结构，包括多个一一对应的且相互耦合的量子比特11和谐振腔12，各所述谐振腔12的远离对应量子比特11的一端均连接读取总线14，读取总线14具有输入端141和输出端142；所述量子比特11上连接控制信号线13,控制信号线13的另一端为控制端131，用于接收控制信号。量子比特11是由超导约瑟夫森干涉器件(SQUID)和对地电容形成的具有多个能级的谐振系统，谐振系统的每个能级具有对应的跃迁频率，其跃迁频率值通过与量子比特11连接的控制信号线13上施加控制信号进行调控。同时通过与量子比特11耦合连接的谐振腔12对量子比特11的状态进行读取，实现对量子比特11的间接测量。
具体的，借助谐振腔12对耦合连接的量子比特11进行测试时，通过色散频移原理，即量子比特11的状态的改变会使得谐振腔12的频率发生变化，通过测量谐振腔12的频率变化量即可以测量出量子比特11的状态变化。与各量子比特11耦合连接的谐振腔12远离对应的量子比特11的一端均连接同一个读取总线14，通过在读取总线14上施加读取信号对谐振腔12的频率变化进行读取。
如图2所示，本申请的实施例提供了一种量子芯片1测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S100：确定各所述谐振腔12的固有频率。
如前文描述，待测量子比特的状态通过谐振腔12进行读取，具体的，谐振腔12作为一个谐振腔，也具有频率参数，谐振腔12的频率参数与其物理特性相关，当在量子芯片1上制备完成谐振腔12后，其固有频率可以通过测量获得。通过测量获得谐振腔12的固有频率之后，即可以借助谐振腔12对耦合连接的待测量子比特进行测试。
步骤S200：基于待测量子比特上施加的控制信号、读取总线14的输入端141施加的读取信号、以及读取总线14的输出端142输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔12的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔12的所述固有频率确定。
具体的，待测量子比特连接的控制信号线13的另一端作为接收控制信号的控制端13，用于接收控制信号并传输至待测量子比特，控制信号会使得待测量子比特的信息发生变化。通过前文描述的色散频移原理可知，与待测量子比特耦合连接的谐振腔12的频率会发生变化。因此继续在读取总线14的输入端141施加读取信号对谐振腔12的频率进行读取，并借助读取总线14输出端142输出的读取反馈信号获得表征谐振腔12的频率变化的频谱曲线，对频谱曲线进行分析即可获得谐振腔的频率变化量。
步骤S300：基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态。
具体的，可以通过频谱曲线中谐振腔12的频率的变化量判断待测量子比特的状态；同理，可以依据步骤S100-S300对量子芯片1的其他量子比特进行测量，进而实现对量子芯片1的测试。
如图3所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述确定各所述谐振腔12的固有频率，包括以下步骤：
步骤S101：基于所述输入端141施加的第一扫描信号、所述输出端142输出的扫描反馈信号，获得所述扫描反馈信号随所述第一扫描信号的频率变化的曲线，记为第一频谱曲线。
如图4和图5所示，具体的，扫描信号由硬件设备测量仪2提供，包括但不限于矢量网络分析仪、射频信号发生器等，并从读取总线14的输入端141传输至量子芯片1，并进入谐振腔12与谐振腔12相互作用，得到反映谐振腔相关信息的扫描反馈信号，扫描反馈信号从读取总线14的输出端142输出至测量仪2。通过测量仪2对采集到的扫描反馈信号的处理进而获得反映谐振腔12的频率信息随着第一扫描信号变化的曲线，即第一频谱曲线，如图5所示的曲线。
步骤S102：确定所述第一频谱曲线中的极值点对应的频率为各所述谐振腔12的固有频率。
如图5所示的第一频谱曲线，即本申请人在对研发出的6比特的量子芯片的谐振腔12的固有频率的测试结果，第一频谱曲线的横坐标即第一扫描信号的频率扫描范围，纵坐标为扫描反馈信号的S21参数。其中，在图5中可以看到第一频谱曲线具有多个波谷，每一个波谷对应一个S21参数的极值，各波谷对应的频率即为各个谐振腔12的固有频率。由于本申请人测试的量子芯片1为6比特的，谐振腔12的个数也为6个，因此可以在第一频谱曲线中获取到6个极值点，得到6个固有频率值。需要补充的是，第一频谱曲线不仅可以用波谷的形式表现，还可以用波峰的形式表现，图5仅作为其中一种示例方式。
如图6和图7所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端141施加的读取信号、以及所述输出端142输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔12的频谱曲线，包括：基于所述待测量子比特上施加的第一控制信号、所述输入端141施加的第一读取信号、以及所述输出端142输出的第一读取反馈信号，获得所述谐振腔12的频率随所述第一控制信号变化的曲线，记为第二频谱曲线；其中，所述第一控制信号为包括多个电压值的直流信号。
具体的，如图6所示，通过信号源3输出第一控制信号、并通过控制端131和控制信号线13将第一控制信号传输至待测量子比特，其中，第一控制信号为包括多个电压值的直流信号，本申请实施例在具体实施时，可以设置为{-1V，+1V，0.02V}的具有固定步进值和预设范围的直流信号，对应的信号源3可以为直流电压源。该直流电压信号通过控制信号线13传输至待测量子比特，可以改变待测量子比特的频率参数；并通过测量仪2在读取总线14的输入端141施加第一读取信号对谐振腔12的信息进行读取，并通过测量仪2在读取总线14的输出端142采集第一读取反馈信号，并对第一读取反馈信号进行处理，获得谐振腔12的频率随第一控制信号的电压值变化的曲线，即第二频谱曲线，如图7所示。
如图8所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态，包括：基于所述第二频谱曲线确定所述待测量子比特的状态为可调或不可调；其中，确定的方法包括以下步骤：
步骤S301：获取所述第二频谱曲线中的频率最大值和频率最小值。
步骤S302：当所述第二频谱曲线中的频率最大值和频率最小值的差值大于预设阈值时，判断所述待测量子比特的状态为可调。
结合图7所示的第二频谱曲线，可以发现谐振腔12的频率随着第一控制信号的电压值的变化而变化。其中，第一控制信号用于对待测量子比特的频率进行调控的，当对待测量子比特施加具有固定步进值和预设范围的第一控制信号时，待测量子比特的频率参数会随着第一控制信号的变化而变化；当待测量子比特的频率参数变化时，会引起谐振腔12的频率信息随着待测量子比特的频率变化而变化；即可以获得谐振腔12的频率随着第一控制信号变化的曲线。在图7所示的第二频谱曲线中，当谐振腔12的频率位于最大值点时，对应的待测量子比特的频率也处于最佳的工作频率；当谐振腔12的频率位于最小值点时，对应的待测量子比特的频率也处于最差的工作频率。
具体的，通过计算谐振腔的频率最大值与频率最小值之间的差值，可以判断出待测量子比特的频率随着第一控制信号变化的大小，当谐振腔的频率差值大于预设阈值时，可以判断出待测量子比特的频率是会随着第一控制信号的变化而变化的，即待测量子比特会响应第一控制信号的调节，即待测量子比特是可调的。
其中，预设阈值为0.1MHz；从第二频谱曲线中读取谐振腔12频率最大值frmax为6545.9MHz，频率最小值frmin为6543.5MHz，通过计算可以获得谐振腔的频率随着第一控制信号变化的最大差值为2.4MHz，是远大于预设阈值的，因此可以判断出待测量子比特是可调的。
如图9所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端141施加的读取信号、以及所述输出端142输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔12的频谱曲线，还包括：
步骤S310：基于所述第二频谱曲线更新所述第一控制信号并施加与所述待测量子比特、更新所述第一读取信号并施加于所述输入端141，获得所述输出端142输出的第二读取反馈信号。
具体的，通过第二频谱曲线，可以获得与待测量子比特连接的谐振腔12的频率随着待测量子比特上施加的第一控制信号的变化，也可以获得待测量子比特处于最佳工作频率对应的第一控制信号的电压值。因此，可以将第一控制信号的电压值进行更新并施加与待测量子比特上，使得待测量子比特处于最佳工作频率上。
此外，第一读取信号的功率参数对谐振腔12的色散频移也是有影响的，因此可以对第一读取信号的功率参数进行更新，并施加与读取总线14的输入端141，读取待测量子比特处于最佳工作频率时谐振腔12的频率变化，并通过读取总线14输出端142采集对应的第二读取反馈信号。
步骤S311：基于所述第二读取反馈信号获得所述第二读取反馈信号随更新后的所述第一读取信号的频率变化的曲线，记为第三频谱曲线。
如图10和图11所示的曲线，为第一读取信号的功率设置不同值时，通过对读取总线14的输出端142采集的第二读取反馈信号进行处理获得的第三频谱曲线。对比图10和图11所示，当第一读取信号的功率设置不同值时，读取的谐振腔12的频率参数也是不同的。具体的，图10中，谐振腔12的频率为6545.108MHz，图11中，谐振腔12的频率为6545.952MHz。
步骤S312：基于所述第三频谱曲线判断所述待测量子比特的状态为工作或不工作。
通过对图10和图11所示的两个第三频谱曲线进行对比分析，可以判断待测量子比特是否工作。
如图12所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述基于所述第二频谱曲线更新所述第一控制信号，包括：
步骤S3101:基于所述待测量子比特上施加的第一控制信号、所述其他待测量子比特上施加第二控制信号、所述输入端141施加的第二读取信号、所述输出端142输出的当前读取反馈信号，获得所述谐振腔的频率随所述第一控制信号变化的曲线，记为第四频谱曲线；其中，所述第二控制信号的电压值为所述频率最小值对应的电压，所述第二读取信号的中心频率为所述频率最大值和所述频率最小值的均值。
如图13所示，本申请申请人在通过前面的方法步骤测量出待测量子比特随着第一控制信号调控的变化效果，同时由于其他待测量子比特上施加用于调控频率的控制信号时，对待测量子比特的串扰影响，重新对待测量子比特施加第一控制信号，且同时在其他待测量子比特上施加电压值为第二能谱曲线中频率最小值对应的电压Vmin的第二控制信号；并重新设置读取总线14的输入端141施加的第二读取信号的频率范围，将中心频率设置为第二能谱曲线中频率最大值和所述频率最小值的均值，使得通过读取总线14输出端142获得的当前读取反馈信号的读取精度更优，并重新获得谐振腔的频率随第一控制信号变化的第四频谱曲线，如图13所示。
步骤S3102:基于所述第四频谱曲线中的频率最大值对应的电压值更新所述第一控制信号。
如图13所示，重新读取第四频谱曲线中的频率最大值对应的电压值Vmax，并将第一控制信号的电压值更新为当前的电压值Vmax。通过对待测量子比特上施加的第一控制信号的电压值更新，可以消除其他待测量子比特上施加的第二控制信号时对待测量子比特的串扰影响，使得测量结果更精确。
如图14所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述更新所述第一读取信号并施加于所述输入端141，包括：
步骤S3110:预设第一功率值和第二功率值；其中，所述第一功率值大于所述第二功率值；
步骤S3111:将功率值更新为所述第一功率值的所述第一读取信号确定为第一子读取信号；
步骤S3112:将功率值更新为所述第二功率值的所述第一读取信号确定为第二子读取信号；
步骤S3113:分别施加所述第一子读取信号和所述第二子读取信号至所述输入端141。
具体的，结合图10和图11所示，第一读取信号的功率设置不同值时，通过对读取总线14的输出端142采集的反馈信号进行处理获得的谐振腔12的频谱曲线也是不同的。本申请申请人在进行测试时，预设第一功率值和第二功率值，其中，第一功率值为高功率值，如-10dBm；第二功率值为低功率值，如-40dBm。
预设第一功率值和第二功率值之后，可以将第一读取信号的功率值设置为第一功率值，定义为第一子读取信号；以及设置为第二功率值，定义为第二子读取信号，并分别施加与读取总线14的输入端141。
如图15所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述基于所述第二读取反馈信号获得所述第二读取反馈信号随更新后的所述第一读取信号的频率变化的曲线，记为第三频谱曲线，包括：
步骤S3121:获得所述待测量子比特上施加更新后的所述第一控制信号、且所述输入端141施加所述第一子读取信号时所述输出端输出的第一子读取反馈信号，基于所述第一子读取反馈信号随所述第一子读取信号的频率变化的曲线，记为第一子频谱曲线。
回到图10所示的频谱曲线，是在传输总线的输入端141施加第一子读取信号时，对传输总线输出端142采集的第一子读取反馈信号进行处理获得的第一子频谱曲线。
步骤S3122:获得所述待测量子比特上施加更新后的所述第一控制信号、且所述输入端141施加所述第二子读取信号时的所述输出端输出第二子读取反馈信号，基于所述第二子读取反馈信号随所述第二子读取信号的频率变化的曲线，记为第二子频谱曲线。
回到图11所示的频谱曲线，是在传输总线的输入端141施加第二子读取信号时，对传输总线输出端142采集的第二子读取反馈信号进行处理获得的第二子频谱曲线。
如图16所示，作为本申请实施例一种实施方式，所述基于所述第三频谱曲线判断所述待测量子比特的状态为工作或不工作，包括：
步骤S3131:分别获取所述第一子频谱曲线和所述第二子频谱曲线的谐振腔12频率。
步骤S3132:基于所述第一子频谱曲线的谐振腔12频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔12频率的差值，判断所述待测量子比特是否工作。
具体的，从图10所示的第一频谱曲线中，读取曲线的波谷对应的频率值，获得谐振腔12频率为6545.108MHz；从图11所示的第一频谱曲线中，读取曲线的波谷对应的频率值，获得谐振腔12频率为6545.952MHz。通过对比可以发现，即当读取总线14输入端141施加的读取信号的功率分别设置为高功率和低功率时，谐振腔12的频率会出现差值。
需要补充的是，高功率值和低功率值是根据读取信号作用与谐振腔时带来的谐振腔内的光子数和待测量子比特的原子数量的差别而定的，具体原理属于原子和光场相互作用领域的公知常识，可以参考腔量子电动力学基本理论知识，在此不展开详细阐述。因此，可以通过对读取信号的功率值设置为高功率和低功率，并分别通过读取总线14的输入端141施加至谐振腔12，并借助谐振腔12的频谱曲线判断谐振腔12的频率是否随着读取信号的功率值的变化而变化，进而判断与谐振腔12耦合作用的待测量子比特是否工作。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述基于所述第一子频谱曲线的谐振腔12频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔12频率的差值，判断所述待测量子比特是否工作，包括：当所述第一子频谱曲线的谐振腔12频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔12频率的差值大于所述预设阈值时，判断所述待测量子比特工作。
具体的，如上文所述，当谐振腔12的频率会随着读取信号的功率值的变化而变化，且变化量大于预设的阈值时，即第一子频谱曲线的谐振腔12频率与第二子频谱曲线的谐振腔12频率的差值大于预设阈值时，可以判断待测量子比特可以工作。其中，预设阈值为0.1MHz。可以反推的是，当第一子频谱曲线的谐振腔12频率与第二子频谱曲线的谐振腔12频率的差值小于或者等于预设阈值时，可以判定为待测量子比特不能正常工作，需要对其进行校准。
如图17所示，基于同一申请构思，本申请实施例提供一种量子芯片1测试装置，所述量子芯片1包括多个一一对应的且相互耦合连接的待测量子比特和谐振腔12，各所述谐振腔12的远离对应待测量子比特的一端均连接读取总线14，所述装置包括：
第一测量模块10，用于确定各所述谐振腔12的固有频率；
第二测量模块20，用于基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端141施加的读取信号、以及所述输出端142输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔12的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔12的所述固有频率确定；
第一判断模块30，用于基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态。
基于同一申请构思，本申请实施例提供一种量子测控系统，使用上面所述的量子芯片1测试方法对量子芯片1进行测试，或包括上面所述的量子芯片1测试装置。
基于同一申请构思，本申请实施例提供一种量子计算机，包括上面所述的量子测控系统以及量子芯片1，其中，所述量子芯片1包括多个一一对应的且相互耦合连接的待测量子比特和谐振腔12，各所述谐振腔12的远离对应待测量子比特的一端均连接读取总线14。
与现有技术相比，本申请通过确定各所述谐振腔12的固有频率；基于待测量子比特上施加的控制信号、读取总线14的输入端141施加的读取信号、以及读取总线14的输出端142输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔12的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔12的所述固有频率确定；基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态，本申请通过测试谐振腔12的频率变化量判断与之耦合连接的待测量子比特的状态，为量子芯片1的测量提供了一种标准的测试方法。
应理解，说明书通篇中提到的“一些实施例”、“一种实施例”、“一实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一些实施例中”、“在一种实施例中”或“在一实施方式”，未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块、单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本申请实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器13(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台实现资源变更的设备(可以是计算机、服务器等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，凡是依照本申请的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本申请的保护范围内。

Claims (14)

1.一种量子芯片测试方法，其特征在于，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线，所述方法包括：
确定各所述谐振腔的固有频率；
基于待测量子比特上施加的控制信号、读取总线的输入端施加的读取信号、以及读取总线的输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔的所述固有频率确定；
基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态。
2.根据权利要求1所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述确定各所述谐振腔的固有频率，包括：
基于所述输入端施加的第一扫描信号、所述输出端输出的扫描反馈信号，获得所述扫描反馈信号随所述第一扫描信号的频率变化的曲线，记为第一频谱曲线；
确定所述第一频谱曲线中的极值点对应的频率为各所述谐振腔的固有频率。
3.根据权利要求1所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端施加的读取信号、以及所述输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线，包括：
基于所述待测量子比特上施加的第一控制信号、所述输入端施加的第一读取信号、以及所述输出端输出的第一读取反馈信号，获得所述谐振腔的频率随所述第一控制信号变化的曲线，记为第二频谱曲线；其中，所述第一控制信号为包括多个电压值的直流信号。
4.根据权利要求3所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态，包括：
基于所述第二频谱曲线确定所述待测量子比特的状态为可调或不可调。
5.根据权利要求4所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于所述第二频谱曲线确定所述待测量子比特的状态为可调或不可调，包括：
获取所述第二频谱曲线中的频率最大值和频率最小值；
当所述第二频谱曲线中的频率最大值和频率最小值的差值大于预设阈值时，判断所述待测量子比特的状态为可调。
6.根据权利要求5所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端施加的读取信号、以及所述输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线，还包括：
基于所述第二频谱曲线更新所述第一控制信号并施加与所述待测量子比特、更新所述第一读取信号并施加于所述输入端，获得所述输出端输出的第二读取反馈信号；
基于所述第二读取反馈信号获得所述第二读取反馈信号随更新后的所述第一读取信号的频率变化的曲线，记为第三频谱曲线；
基于所述第三频谱曲线判断所述待测量子比特的状态为工作或不工作。
7.根据权利要求6所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于所述第二频谱曲线更新所述第一控制信号，包括：
基于所述待测量子比特上施加的第一控制信号、所述其他量子比特上施加第二控制信号、所述输入端施加的第二读取信号、所述输出端输出的当前读取反馈信号，获得所述谐振腔的频率随所述第一控制信号变化的曲线，记为第四频谱曲线；其中，所述第二控制信号的电压值为所述频率最小值对应的电压，所述第二读取信号的中心频率为所述频率最大值和所述频率最小值的均值；
基于所述第四频谱曲线中的频率最大值对应的电压值更新所述第一控制信号。
8.根据权利要求7所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述更新所述第一读取信号并施加于所述输入端，包括：
预设第一功率值和第二功率值；其中，所述第一功率值大于所述第二功率值；
将功率值更新为所述第一功率值的所述第一读取信号确定为第一子读取信号；
将功率值更新为所述第二功率值的所述第一读取信号确定为第二子读取信号；
分别施加所述第一子读取信号和所述第二子读取信号至所述输入端。
9.根据权利要求8所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于所述第二读取反馈信号获得所述第二读取反馈信号随更新后的所述第一读取信号的频率变化的曲线，记为第三频谱曲线，包括：
获得所述待测量子比特上施加更新后的所述第一控制信号、且所述输入端施加所述第一子读取信号时所述输出端输出的第一子读取反馈信号，基于所述第一子读取反馈信号随所述第一子读取信号的频率变化的曲线，记为第一子频谱曲线；
获得所述待测量子比特上施加更新后的所述第一控制信号、且所述输入端施加所述第二子读取信号时所述输出端输出的第二子读取反馈信号，基于所述第二子读取反馈信号随所述第二子读取信号的频率变化的曲线，记为第二子频谱曲线。
10.根据权利要求9所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于所述第三频谱曲线判断所述待测量子比特的状态为工作或不工作，包括：
分别获取所述第一子频谱曲线和所述第二子频谱曲线的谐振腔频率；
基于所述第一子频谱曲线的谐振腔频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔频率的差值，判断所述待测量子比特是否工作。
11.根据权利要求10所述的量子芯片测试方法，其特征在于，所述基于所述第一子频谱曲线的谐振腔频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔频率的差值，判断所述待测量子比特是否工作，包括：
当所述第一子频谱曲线的谐振腔频率与所述第二子频谱曲线的谐振腔频率的差值大于所述预设阈值时，判断所述待测量子比特工作。
12.一种量子芯片测试装置，其特征在于，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线，所述装置包括：
第一测量模块，用于确定各所述谐振腔的固有频率；
第二测量模块，用于基于待测量子比特上施加的控制信号、所述输入端施加的读取信号、以及所述输出端输出的读取反馈信号，获得所述谐振腔的频谱曲线；其中，所述读取信号的频率依据所述谐振腔的所述固有频率确定；
第一判断模块，用于基于所述频谱曲线判断所述待测量子比特的状态。
13.一种量子测控系统，其特征在于，使用权利要求1-11所述的量子芯片测试方法对量子芯片进行测试，或包括权利要求12所述的量子芯片测试装置。
14.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求13所述的量子测控系统以及量子芯片，其中，所述量子芯片包括多个一一对应的且相互耦合连接的量子比特和谐振腔，各所述谐振腔的远离对应量子比特的一端均连接读取总线。
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