CN115659893B - 超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法及装置，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：获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，目标特征参数包括滤波器的目标频率和目标品质因子；基于目标频率，确定滤波器对应的第一版图信息，第一版图信息包括滤波器的第一长度信息和耦合位置信息；基于第一版图信息和目标品质因子，确定滤波器与读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；输出第二版图信息，第二版图信息包括耦合位置信息、滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，第二长度信息基于第一长度信息确定，第二耦合长度信息基于第一耦合长度信息确定。

Description

超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法及装置

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中滤波器的版图信息输出方法及装置。

背景技术

一款完整的超导量子芯片包含多个核心功能模块，例如读取模块、布线模块、物理比特以及耦合模块等。其中，读取模块作为超导量子芯片中非常重要的一部分，其各器件参数以及布局需要经过精心设计。

读取模块可以包括读取腔和读取线，为了降低量子比特耗散的同时保持读取模块较高的读取效率，通常在读取线与读取腔之间加一个滤波器，滤波器可以保持读取腔读取效率不变的前提下，显著降低量子比特的耗散率。因此，对滤波器的版图设计非常重要。

发明内容

本公开提供了一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法及装置。

根据本公开的第一方面，提供了一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法，包括：

获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述滤波器的目标频率和目标品质因子，所述读取模块用于读取所述量子芯片中量子比特的信息，所述目标品质因子用于指示所述读取模块在信息读取时所述滤波器的防串扰性能；

基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，所述第一版图信息包括所述滤波器的第一长度信息和耦合位置信息，所述耦合位置信息指示所述滤波器与所述读取线的耦合位置位于所述滤波器的中间段，所述中间段为滤波器所弯折成段中除首段和末段之外的其他段；

基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；

输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定。

根据本公开的第二方面，提供了一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出装置，包括：

获取模块，用于获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述滤波器的目标频率和目标品质因子，所述读取模块用于读取所述量子芯片中量子比特的信息，所述目标品质因子用于指示所述读取模块在信息读取时所述滤波器的防串扰性能；

第一确定模块，用于基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，所述第一版图信息包括所述滤波器的第一长度信息和耦合位置信息，所述耦合位置信息指示所述滤波器与所述读取线的耦合位置位于所述滤波器的中间段，所述中间段为滤波器所弯折成段中除首段和末段之外的其他段；

第二确定模块，用于基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；

输出模块，用于输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定。

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超导量子芯片中滤波器的版图设计比较困难的问题，提高了超导量子芯片中滤波器的版图设计效率。

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中滤波器的版图信息输出方法的流程示意图；

图2是滤波器的结构示意图；

图3是滤波器和读取线的耦合方式示意图；

图4是量子芯片的完整版图结构示意图；

图5是一个量子比特和一个读取模块的版图结构示意图；

图6是本公开提供的一具体示例的流程示意图；

图7是滤波器的频率和长度的变化曲线图；

图8是根据本公开第二实施例的超导量子芯片中滤波器的版图信息输出装置的结构示意图；

图9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

本实施例中，超导量子芯片中滤波器的版图信息输出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版图设计场景下。本公开实施例的超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法，可以由本公开实施例的超导量子芯片中滤波器的版图信息输出装置执行。本公开实施例的超导量子芯片中滤波器的版图信息输出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中滤波器的版图信息输出方法。

量子芯片可以为超导量子芯片，基于超导电路的量子芯片，因其设计灵活、量子门操作速度快、退相干时间长等优势，是具有前景的量子计算硬件平台之一。

研制超导量子芯片的关键技术基础之一是超导量子芯片版图设计。随着人们对相关复杂问题求解的需求以及对于芯片性能参数的追求，超导量子芯片中目标量子比特数目越来越多，各个模块也变得更加集成更加复杂。由此产生的问题是如何将量子芯片的模块布局合理化以及如何解决芯片设计的迭代周期过长，这就对超导量子芯片的版图设计提出了挑战，因此优化版图设计、提升版图迭代效率的必要性和紧迫性日渐彰显。

超导量子芯片可以包含多个核心功能模块，例如，读取模块、布线模块、物理比特以及耦合模块等。其中，读取模块作为超导量子芯片中非常重要的一部分，其作为内部空间占用最大的模块之一，其各器件参数以及布局需要经过精心设计。

读取模块可以包含三个部分：读取腔、滤波器和读取线。其中，读取腔与超导量子比特直接耦合，形成色散耦合的关系，即量子比特与读取腔的频率差远大于它们之间的耦合强度。

色散耦合会导致量子比特和读取腔之间产生色散平移

其中Δ是量子比特和读取腔的失谐量，g是量子比特与读取腔的耦合强度。因此可以通过读取腔的状态变化即其色散平移量获取量子比特的相关信息，且色散耦合能降低了量子比特的退相干。

滤波器与读取腔耦合，滤波器作为过滤环境噪音的器件只允许在读取腔频率附近的电磁波通过，形成以读取腔，滤波器频率为中心的“隔离带”，消除可能影响量子比特的噪声，增加量子比特保真度与相干性，减少串扰。滤波器的作用可由下列定量分析得到。

在不加滤波器的情况下，仅有量子比特、谐振腔和读取线时，量子比特的耗散率Γ_q用下式(1)表示，其中，耗散率为器件与其他器件能量的交换速率。

上式(1)中，ω_q是量子比特的频率，κ_r(ω_q)是读取腔在量子比特频率下的耗散率，Δ是量子比特和读取腔的频率失谐量。耗散率与品质因子Q成反比，对量子比特而言耗散率Γ_q越小则Q值越大，相干时间越长。其中，品质因子表示器件总能量与耗散能量的比值。

对读取腔而言，读取效率取决于在读取腔频率下的读取腔耗散率k_r(ω_r)，读取腔耗散率k_r(ω_r)越大则读取效率越高。当不存在滤波器时，读取腔直接与读取线耦合，则有κ_r(ω_q)＝k_r(ω_r)，因此无法同时做到量子比特的低耗散和读取腔的高耗散。

为了降低量子比特耗散的同时保持较高的读取效率，通常在读取线与读取腔之间加一个滤波器，其频率与读取腔频率非常接近。在量子比特频率下，读取腔的耗散率k_r(ω_q)会因为滤波器的存在显著降低，进而保证了量子比特的低耗散率，但在读取腔频率下读取腔的耗散率k_r(ω_r)维持在较高水平，进而确保较高的读取效率。

在添加了滤波器后，保持读取腔耗散率k_r(ω_r)即读取效率不变的前提下，量子比特的耗散率Γ_q显著降低，降低因子F用下式(2)表示。

其中，κ_f是滤波器的耗散率，Δ是量子比特与读取腔的失谐量，F是一个远小于1的量，因此，滤波器的存在可以大幅降低量子比特耗散率同时保持较高的读取效率。

可以使用四分之一波长共面波导来作为读取腔和滤波器的构型。四分之一波长共面波导的一端为开路，另一端为短路与地相连，其长度和频率的关系可由下式(3)描述。

其中，f是共面波导频率，l是波导长度，c是光速。特别地，∈_eff是共面波导的等效介电系数，可以由共面波导和其他所有部件的电容与共面波导对真空电容比值得到。

滤波器的防串扰性能体现在Q值中，其正比于器件总能量与耗散能量的比值，因此，在读取模块的版图设计中，滤波器的Q值需要仔细调节，即对滤波器的版图设计非常重要。

在实际中，为了节省读取线与芯片空间布局，一般采用多路复用读取的方案，即一根读取线同时读取多组量子比特，这就要求每组量子比特的读取腔和滤波器的频率被调节至各不相同。但各读取器件的频率和Q值调节依赖于读取器件长度与它们之间的耦合长度，这些几何参数的变化不仅会影响各读取器件的布局，而且也会影响读取线的布线。因此，可以看出读取模块的版图设计(包括滤波器的版图设计)非常困难。

经过上面的分析可以看出，设计读取腔，滤波器和读取线主要需要关注两个参数：第一，读取腔和滤波器的频率，需要满足的是读取腔和量子比特之间为色散耦合，滤波器和读取腔之间为近共振(即频率接近)。第二，读取腔和滤波器的Q值，Q值与耗散率成反比，反映了读取效率和超导量子比特的相干时间。

通常，读取模块在迭代设计过程中主要有以下难点：

1.滤波器和读取腔的频率和品质因子关于其几何参数关系不明确，设计时需要不断迭代，这影响设计效率。

2.滤波器和读取腔的频率和Q值的调整相互关联，相互影响，增加设计过程中的迭代难度，读取模块迭代的顺序需要探索。

3.目前，通常采用固定的末端耦合设计，即滤波器和读取线的耦合位置位于滤波器的末端，读取线与滤波器位置较为固定，不利于灵活布线和版图设计。

目前，并未存在关于读取模块的版图流程化设计方案，在已有的读取模块设计版图中普遍存在读取线的位置受限，不利于灵活布线的问题，同时占据空间较大，影响规模化集。

而本实施例的目的即在于提出一种超导量子芯片中滤波器的版图设计方案，在独立滤波器(即一个读取腔对应一个滤波器)和倒装芯片(Flip-chip)结构的基础上将滤波器与读取线的耦合方式设定为中间段耦合(即中部耦合，滤波器与读取线的耦合位置可以是滤波器所弯折成段的中部任意一段)，为读取线灵活排布提供了可行的方案，可以最大程度地优化版图空间，有利于实现芯片中量子比特的集成和规模化。并且，从实际需求出发构建一套程式化的滤波器和读取线的中部耦合版图设计流程，极大地缩短了滤波器和读取线的设计周期，对于超导量子芯片的设计具有重要指导与启发意义。

以下详细介绍本实施例中对滤波器的版图设计的程式化流程。

如图1所示，本公开提供一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述滤波器的目标频率和目标品质因子，所述读取模块用于读取所述量子芯片中量子比特的信息，所述目标品质因子用于指示所述读取模块在信息读取时所述滤波器的防串扰性能。

该步骤中，滤波器可以为蛇形滤波器，蛇形滤波器的结构为弯折结构，如图2所示。

目标特征参数可以包括滤波器的目标频率和目标品质因子，该目标频率可以为所需要设计版图的滤波器的本征频率，被读取线、量子比特以及读取方式控制。

比如，滤波器作为读取模块中的读取器件之一，其频率必须处于读取线频率范围内。其次，滤波器与读取腔类似，为满足色散耦合条件，必须与量子比特有一定的频率差，一般大于1GHz。并且，根据读取方式，例如：读取线的复用数量，是否为独立滤波器(即一个读取腔对应一个滤波器)等。在以减小串扰为目的下，为每个滤波器分配不同的频率。

目标频率的获取方式包括但不限于：根据量子芯片版图中与滤波器对应的量子比特的本征频率、读取腔的本征频率、读取线的频率和读取方式，人为或自动确定滤波器的目标频率。

该目标品质因子可以为所需要设计版图的滤波器的品质因子，目标品质因子决定了滤波器的耗散率，从上式(2)可以看出，其可以影响量子比特的耗散率，具体可以降低量子比特的耗散率，从而可以提高超导量子比特的相干时间。

目标品质因子的获取方式包括但不限于：根据量子芯片版图，人为或自动确定滤波器的目标品质因子。

步骤S102：基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，所述第一版图信息包括所述滤波器的第一长度信息和耦合位置信息，所述耦合位置信息指示所述滤波器与所述读取线的耦合位置位于所述滤波器的中间段，所述中间段为滤波器所弯折成段中除首段和末段之外的其他段。

该步骤中，滤波器和读取线的耦合方式可以为中部耦合，其读取线和滤波器的中部耦合是指：读取线与蛇形滤波器的耦合位置可以是蛇形滤波器中部的任意一段。

图3是滤波器和读取线的耦合方式示意图，如图3(a)，读取线与滤波器的交叠阴影处即为耦合位置，箭头表示读取线可上下平移与滤波器中部的其他段进行耦合。在耦合处，读取线裸露且滤波器中心导体同宽，非耦合处读取线宽度收窄并作包线处理。这种耦合方式依赖于倒装芯片(Flip-chip)结构，即读取线位于上层，滤波器位于下层，两者通过中间的空气层进行耦合。

读取线与滤波器的中部耦合设计与末端耦合(如图3(b))不同，能根据不同版图的需求使读取线与滤波器的任意一段进行耦合。这种中部耦合方式能使得读取线位置的设计更加灵活，不再局限于读取腔、滤波器的长度和位置，在某些条件下可以降低读取线对于超导量子比特的干扰，提高保真度和相干时间。

例如，在图4中棋盘状量子比特的量子芯片版图中，中部耦合能让传输线的位置相对量子比特更为居中，这样能降低读取线裸露部分其对下方量子比特的干扰，一定程度上提升下方量子比特的Q值，即提高量子比特的保真度和相干时间。比如，在读取线与滤波器中部的第四段耦合时下方量子比特的Q值约5×10⁸，相比末端耦合时，下方量子比特的Q值4×10⁷提升一个数量级。

第一长度信息可以指示滤波器的总长度，滤波器的频率和长度存在如上式(3)所示的关系。

可以通过电磁仿真软件，对滤波器进行电磁仿真，得到滤波器对应的第一版图信息。

在一可选实施方式中，可以基于量子芯片版图(其为一个量子比特和一个读取模块的版图，或为量子芯片的完整版图)，通过电磁仿真软件，对滤波器进行电磁仿真，得到与目标频率匹配的第一长度信息。

在另一可选实施方式中，可以通过电磁仿真软件，对滤波器进行孤立器件仿真，得到与目标频率匹配的第一长度信息。在该实施方式中，第一长度信息指示的长度为滤波器的大致长度，也就是说，后续还可以基于量子芯片版图精细化调整滤波器的总长度，从而实现对滤波器的总长度从粗略到精细化的调整，一方面可以降低滤波器总长度调整的难度，另一方面可以提高滤波器版图中关于滤波器总长度的调整准确性和效率。

另外，在确定第一长度信息的基础上，耦合位置信息可以根据第一长度信息、布线自由以及节省空间的原则确定，为了减少读取线裸露部分对量子比特的干扰，耦合位置信息指示的位置相对于各个量子比特较为居中。

步骤S103：基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息。

该步骤中，第一耦合长度信息可以指示与目标品质因子匹配的滤波器与读取线之间的耦合长度，即在该耦合长度下，可以使得滤波器的品质因子趋近于目标品质因子。

可以通过电磁仿真软件，基于与第一版图信息匹配的版图，对滤波器进行电磁仿真，通过迭代滤波器与读取线之间的耦合长度来调节滤波器的Q值，使得Q值调节至目标品质因子的值(如预先设定为100)左右。其中，Q值指的是滤波器的外Q值，即来自外界环境耗散带来的损耗，并设蛇形滤波器的内部损耗可以忽略不计。

在一可选实施方式中，迭代时与第一版图信息匹配的版图可以是滤波器和读取线的联合版图，求解滤波器Q值。根据每次求解得到的Q值对耦合长度进行调节。

在另一可选实施方式中，迭代时与第一版图信息匹配的版图可以是量子芯片版图或读取模块版图，求解滤波器Q值。根据每次求解得到的Q值对耦合长度进行调节。

其中，与第一版图信息匹配的版图可以指的是，滤波器的总长度为第一长度信息指示的长度，滤波器和读取线的耦合位置位于耦合位置信息指示的位置。在调节耦合长度的过程中，其遵循的规律是：相对目标品质因子的值越大，读取线和滤波器的耦合长度则要调长，反之亦然。

迭代调整耦合长度的过程中，可以将网格mesh设置在滤波器长度的千分之一，收敛精度需低于1％，由于微纳加工对Q值会产生很大的影响，因此，滤波器的仿真Q值与目标品质因子的值之间的误差在±10％内均可接受。相应的，达到收敛精度，且使得滤波器的仿真Q值与目标品质因子的值之间的误差在±10％内的耦合长度即为与目标品质因子匹配的滤波器与读取线之间的耦合长度。

步骤S104：输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定。

该步骤中，在确定滤波器的第二版图信息的情况下，可以输出第二版图信息。其中，第二版图信息中可以包括耦合位置信息、滤波器的第二长度信息和滤波器的第二耦合长度信息。相应的，可以基于输出的第二版图信息进行滤波器版图的设计，从而进行量子芯片版图的设计，提高量子芯片版图的设计准确性和效率。

在一可选实施方式中，可以将第一长度信息确定为第二长度信息，如基于量子芯片版图进行滤波器的电磁仿真时，迭代调整得到的第一长度信息可以直接确定为第二长度信息。

在另一可选实施方式中，第一长度信息指示的长度为滤波器的大致长度，为了精细化调整滤波器的长度，还可以在量子芯片版图下进行电磁仿真，在第一长度信息的基础上迭代调整滤波器的长度，以得到第二长度信息。其中，第二长度信息与目标频率的匹配度可以大于第一长度信息与目标频率的匹配度，即第二长度信息对应的频率与目标频率更加接近和契合。

在一可选实施方式中，可以将第一耦合长度信息确定为第二耦合长度信息。

在另一可选实施方式中，可以在得到第一耦合长度信息的基础上，基于量子芯片版图进行电磁仿真，以验证量子芯片版图中滤波器的频率和品质因子的精度，在精度未达到要求(如频率误差未处于±2％内或Q值误差未处于±10％内)的情况下，可以在第一耦合长度信息的基础上继续迭代调整滤波器与读取线之间的耦合长度，得到第二耦合长度信息。其中，第二耦合长度信息与目标品质因子的匹配度可以大于第一耦合长度信息与目标品质因子的匹配度，即第二耦合长度信息对应的品质因子与目标品质因子更加接近和契合。

本实施例中，通过获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数；基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息；基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息。如此，在独立滤波器的基础上将滤波器与读取线的耦合方式设定为中间段耦合，为读取线灵活排布提供了可行的方案，可以最大程度地优化版图空间，有利于实现芯片中量子比特的集成和规模化。并且，从实际需求出发构建一套程式化的滤波器和读取线的中部耦合版图设计流程，极大地缩短了滤波器和读取线的设计周期，对于超导量子芯片的设计具有重要指导与启发意义。

可选的，所述步骤S102具体包括：

基于所述目标频率，确定所述第一长度信息；

基于所述第一长度信息，确定所述滤波器所弯折成段的数量；

基于所述数量和预设的耦合段信息，确定所述耦合位置信息，所述耦合段信息用于指示滤波器与读取线的耦合位于滤波器的中间段的位置，所述耦合位置信息包括所述滤波器与所述读取线的耦合所位于的所述滤波器的中间段的位置标识。

本实施方式中，在使用四分之一波长共面波导来作为谐振腔和滤波器的构型，且已知上式(3)所示的共面波导滤波器的等效介电常数∈_eff的基础上，可以基于目标频率，采用上式(3)确定第一长度信息。

也可以通过电磁仿真软件，对滤波器进行孤立器件仿真。通过改变蛇形滤波器的总长度，仿真得到滤波器的本征频率，从而可以得到滤波器本征频率与长度的变化粗略曲线。根据频率与长度的变化曲线能拟合出(四分之一波长)中共面波导滤波器的等效介电常数∈_eff，从而可以基于目标频率和仿真得到的等效介电常数∈_eff，即可得到目标频率下的蛇形滤波器的大致长度。

确定滤波器的大致长度是设计中部耦合的前提。可以根据蛇形滤波器的大致长度和量子芯片版图中量子比特之间的分布间距，估计其弯折的次数，即确定滤波器所弯折成段的数量，从而可以确定读取模块中滤波器的大致布局。另外，由于读取腔同样为某种共面波导，其大致长度也能通过电磁仿真方式确定。

之后，可以基于滤波器所弯折成段的数量和预设的耦合段信息，确定耦合位置信息。其中，耦合段信息可以指示滤波器与读取线的耦合所位于的滤波器中间段的位置，如耦合段信息可以为居中位置、偏上位置或偏下位置等，耦合位置信息包括滤波器与读取线的耦合所位于的滤波器的中间段的位置标识。

耦合段信息可以遵循布线自由以及节省空间的原则预先设定。通常，为了减少读取线裸露部分对量子比特的干扰，耦合段信息相对各个量子比特较为居中，也可以根据量子芯片版图的各种需要，设定耦合段信息。

举例来说，滤波器所弯折成段的数量为6，若预设的耦合段信息为居中位置，则耦合位置信息可以为滤波器的第4段，若预设的耦合段信息为偏上位置，则耦合位置信息可以为滤波器的第2段或第3段，若预设的耦合端信息为偏下位置，则耦合位置信息可以为滤波器的第5段。

本实施方式中，通过基于目标频率，确定第一长度信息；基于第一长度信息，确定滤波器所弯折成段的数量；基于数量和预设的耦合段信息，确定耦合位置信息。如此，在得到滤波器的大致布局后，可以实现滤波器中部耦合基础上对滤波器的耦合位置信息的确定。

可选的，所述基于所述目标频率，确定所述第一长度信息，包括：

对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的本征频率与长度信息的变化关系；

基于所述变化关系，确定共面波导滤波器的等效介电常数；

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定所述第一长度信息。

本实施方式中，可以通过电磁仿真软件，对滤波器进行孤立器件仿真。通过改变蛇形滤波器的总长度，仿真得到滤波器的本征频率，从而可以得到滤波器本征频率与长度的变化粗略曲线。根据频率与长度的变化曲线能拟合出(四分之一波长)中共面波导滤波器的等效介电常数∈_eff，从而可以基于目标频率和仿真得到的等效介电常数∈_eff，即可得到目标频率下的蛇形滤波器的大致长度。通过电磁仿真方式实现对滤波器的第一长度信息的确定，可以简化滤波器的第一长度信息的确定过程。

可选的，所述基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定所述第一长度信息，包括：

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定第三长度信息；

基于所述第三长度信息，对所述滤波器进行电磁仿真，得到第一频率；

在所述第一频率与所述目标频率的差值大于第一预设阈值的情况下，对所述第三长度信息进行迭代调整，得到所述第一长度信息；

在所述第一频率与所述目标频率的差值小于或等于所述第一预设阈值的情况下，将所述第三长度信息确定为所述第一长度信息。

本实施方式中，可以基于等效介电常数和目标频率，采用上式(3)确定滤波器的第三长度信息，第三长度信息可以为滤波器的大致长度。

得到滤波器的大致长度后，可以对这个长度下的滤波器进行孤立器件本征频率的仿真验证。具体可以对这个长度下的滤波器进行电磁仿真，得到该长度对应的第一频率，这里粗略验证即可，后续还会精仿微调，其收敛精度可以设置在2％，以节约版图设计时间。

若仿真验证得到的第一频率与目标频率的差值相差过大(如大于第一预设阈值，例如相差10％)，则按照长度与频率成反比的关系，在第三长度信息的基础上对滤波器的长度进行迭代调整，得到第一长度信息。而若仿真验证得到的第一频率与目标频率的差值小于或等于第一预设阈值，则将第三长度信息确定为第一长度信息。其中，第一预设阈值可以根据实际情况进行设置，这里不进行具体限定。

本实施方式中，通过对滤波器的大致长度进行仿真验证，并在仿真验证得到的频率与目标频率相差过大的情况下，在滤波器的大致长度下，继续迭代调整滤波器的长度，使得滤波器的长度达到预设精度，从而可以提高滤波器的长度确定准确性，进而可以提高滤波器的版图设计准确性。

需要说明的是，本实施例的迭代调整指的是在一版图的基础上，对滤波器进行电磁仿真，得到滤波器的相关参数(如频率和品质因子)，将该相关参数与目标参数进行比对，若两者误差未达到预设精度，则继续调整滤波器的版图信息，直至所调整得到的版图信息可以使得滤波器的相关参数与目标参数之间的误差达到预设精度。

可选的，所述步骤S103具体包括：

基于第一目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第一品质因子，所述第一目标版图为所述滤波器和所述读取线的版图，所述第一目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第一长度信息指示的长度，所述滤波器和所述读取线的耦合位置位于所述耦合位置信息指示的位置，所述第一品质因子与预设的耦合长度信息匹配；

基于所述第一品质因子和所述目标品质因子，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第一耦合长度信息，所述第一耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第二预设阈值。

本实施方式中，在确定滤波器-读取线的中部耦合位置以及滤波器大致长度后，可以迭代滤波器与读取线的中部耦合长度来调节滤波器的Q值，使得滤波器的Q值调节至趋近目标品质因子的值。

可以通过电磁仿真软件，基于滤波器和读取线的第一目标版图(如图3(a)所示)，对滤波器进行电磁仿真，得到滤波器的第一品质因子。迭代时的版图是滤波器和读取线的联合版图(第一目标版图)，在每次迭代时，可以预设耦合长度，并求解滤波器Q值，根据每次求解得到的Q值(即预设的耦合长度信息匹配的第一品质因子)对耦合长度进行调节。具体可以对每次迭代得到的第一品质因子和目标品质因子进行比对，在第一品质因子与目标品质因子的差值大于第二预设阈值时，对耦合长度进行调节。

迭代调整耦合长度的过程中，可以将网格mesh设置在滤波器长度的千分之一，收敛精度需低于1％，由于微纳加工对Q值会产生很大的影响，因此，滤波器的仿真Q值(第一品质因子)与目标品质因子的值之间的误差在第二预设阈值如±10％内均可接受，迭代调整结束，得到第一耦合长度信息，第一耦合长度信息匹配的品质因子与目标品质因子的差值小于或等于第二预设阈值。第二预设阈值可以根据实际情况进行设置，这里不进行具体限定。

相应的，达到收敛精度，且使得滤波器的仿真Q值与目标品质因子的值之间的误差在第二预设阈值如±10％内的耦合长度即为与目标品质因子匹配的滤波器与读取线之间的耦合长度。如此，可以简单且精确地实现对滤波器的品质因子的迭代，实现对滤波器与读取线之间的耦合长度的确定。

可选的，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整时，对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器的总长度与所述第一长度信息指示的长度相同。

本实施方式中，由于量子芯片版图中，滤波器的一端(即首段)是与读取腔耦合的，在调整得到读取腔与滤波器的耦合长度的情况下，其长度相对固定，而在对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整的过程中，不能改变滤波器的总长度，以保证滤波器的频率不会发生改变。

因此，在该种场景下，可以对滤波器的末段的长度进行调整，使得滤波器的总长度与第一长度信息指示的长度相同。如此，可以实现基于滤波器的品质因子进行版图设计过程中，不会因此改变滤波器的频率，以此迭代顺序可以简化滤波器的版图设计流程。

可选的，所述步骤S104之前，所述方法还包括：

基于第二目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到与所述第一长度信息匹配的第二频率，所述第二目标版图为一个量子比特和一个读取模块的版图，所述第二目标版图中所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

基于所述第二频率和所述目标频率，对所述第一长度信息进行迭代调整，得到第四长度信息，所述第四长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第三预设阈值，所述第四长度信息用于确定所述第二长度信息。

本实施方式中，第一长度信息可以为滤波器的大致长度，在得到滤波器的大致长度的基础上，还需要精细化调整滤波器的长度，使得滤波器的版图更加准确。

即在确定了滤波器与读取线之间的耦合长度后，需要精确调整滤波器的总长度。根据版图设计需要考虑量子比特与读取腔之间的耦合，以及读取腔与滤波器的耦合对各个器件频率造成的影响，因此，第二目标版图可以为一个量子比特和一个读取模块的版图，如图5所示，可以在“量子比特-读取腔-滤波器”的联合版图下进行仿真迭代。

可以在第一长度信息的基础上，对第二目标版图进行电磁仿真(即本征频率求解)，得到滤波器长度下的第二频率，即初始迭代时，第二目标版图中，滤波器的初始长度可以为第一长度信息指示的长度。

迭代时，可以比对第二频率和目标频率，根据波导的长度与频率成反比的关系，若滤波器的本征频率(即第二频率)结果过高，则需加长滤波器长度，反之亦然。

在实现过程中，根据计算机性能，可以将迭代网格mesh设置的稍宽松(如滤波器长度的千分之五)，收敛精度需低于1％。经过数次迭代后可以较为准确地确定滤波器的长度，得到第四长度信息(通常情况下，第二频率与目标频率之间的误差小于或等于第三预设阈值如±2％内即可)。其中，第三预设阈值可以根据实际情况进行设置，这里不进行具体限定。

之后，可以将第四长度信息确定为第二长度信息，也可以在第四长度信息的基础上，基于量子芯片的完整版图如图4所示，对滤波器的版图信息进行仿真验证，若仿真验证不通过，则在原本版图信息的基础上继续对其进行迭代调整，得到第二版图信息。

如此，可以提高滤波器的版图设计的准确性。

可选的，所述对所述第一长度信息进行迭代调整，包括：

对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度与所述第一耦合长度信息指示的长度相同。

本实施方式中，由于量子芯片版图中，滤波器的一端(即首段)是与读取腔耦合的，在调整得到读取腔与滤波器的耦合长度的情况下，其长度相对固定，而在对滤波器的长度即第一长度信息进行迭代调整的过程中，不能改变滤波器与读取线之间的耦合长度，以保证滤波器的品质因子不会发生改变。

因此，在该种场景下，可以对滤波器的末段的长度进行调整，使得滤波器与读取线的耦合长度与第一耦合长度信息指示的耦合长度相同。如此，可以实现基于滤波器的频率进行版图设计过程中，不会因此改变滤波器的品质因子，以此迭代顺序可以简化滤波器的版图设计流程。

可选的，所述基于所述第二频率和所述目标频率，对所述第一长度信息进行迭代调整，得到第四长度信息之后，还包括：

基于第三目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第三频率和第二品质因子，所述第三目标版图为量子芯片的版图，所述第三目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第四长度信息指示的长度，所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

在所述第三频率与所述目标频率的差值大于所述第三预设阈值，或者，所述第二品质因子与所述目标品质因子的差值大于所述第二预设阈值的情况下，对所述第一耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第二耦合长度信息，以及对所述第四长度信息进行迭代调整，得到所述第二长度信息；

其中，所述第二耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第四预设阈值，和/或，所述第二长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第五预设阈值；所述第四预设阈值小于所述第二预设阈值，所述第五预设阈值小于所述第三预设阈值。

本实施方式中，第三目标版图可以为量子芯片的完整版图，如图4所示，将滤波器设计好的版图信息带入量子芯片的完整版图中进行仿真验证。具体的，可以基于第三目标版图，对滤波器进行电磁仿真，得到量子芯片的完整版图下滤波器的第三频率和第二品质因子。第三目标版图中，滤波器的总长度为第四长度信息指示的长度，滤波器与读取线之间的耦合长度为第一耦合长度信息指示的长度。

根据计算机性能，在量子芯片完整版图的仿真验证中，电磁仿真软件中仿真设置可以与精细化调整滤波器长度的仿真设置类似，可以比对第三频率与目标频率的差值，以及比对第二品质因子与目标品质因子的差值，在频率误差未达到精细化调整滤波器长度的电磁仿真时的频率收敛精度(即第三预设阈值)，或者品质因子误差未达到调整滤波器耦合长度的电磁仿真时的品质因子收敛精度(即第二预设阈值)的情况下，如收敛结果需保证：频率误差在±2％内、Q值误差在±10％内，可以对第一耦合长度信息进行迭代调整，得到第二耦合长度信息，以及对第四长度信息进行迭代调整，得到第二长度信息。

即可以提升仿真精度，在第一耦合长度信息的基础上，基于滤波器和读取线的联合版图和目标品质因子，对第一耦合长度信息进行迭代调整，得到第二耦合长度信息，以及在第四长度信息的基础上，基于量子比特和读取模块的联合版图和目标频率，对第四长度信息进行迭代调整，得到第二长度信息。

其中，第二耦合长度信息匹配的品质因子与目标品质因子的差值小于或等于第四预设阈值，和/或，第二长度信息匹配的频率与目标频率的差值小于或等于第五预设阈值；第四预设阈值小于第二预设阈值，第五预设阈值小于第三预设阈值。第四预设阈值和第五预设阈值均可以根据实际情况进行设置，这里不进行具体限定。

直至在进行量子芯片的完整版图的仿真验证中，仿真得到的频率与目标频率的差值小于或等于第三预设阈值，且仿真得到的品质因子与目标品质因子的差值小于或等于第二预设阈值。达到版图设计标准，完成读取模块的设计。

可选的，所述目标频率通过如下方式获取：

基于所述读取线的频率、量子比特的频率和所述量子芯片的读取方式，确定所述目标频率。

本实施方式中，可以根据量子芯片版图中与滤波器对应的量子比特的本征频率、读取腔的本征频率、读取线的频率和读取方式，自动确定滤波器的目标频率，实现对目标频率的确定。

在一可选实施方式中，本实施例的整体流程如图6所示，上述步骤均在前面已经详细阐述，这里不再进行赘述。

为了更好的体现本实施例方法的价值，可以通过一个具体的棋盘状方格量子比特布局的读取模块迭代过程，展现出中部耦合带来的优越性，同时也能体现出本实施例方法对于超导量子芯片的版图设计具有重要指导与启发意义。

1、前期版图确定。

第一步：确定滤波器目标频率。

根据芯片需求，可以有如下初始参数：读取线频率约4-8GHz；量子比特频率约6GHz。可以选择目标频率为4.9GHz的滤波器进行迭代流程展示，另外规定目标Q值为100左右。

第二步：确定滤波器大致长度。

使用电磁仿真软件对长度范围在4500-10000μm间，等间隔取12组，对蛇形滤波器进行本征频率单独仿真。蛇形滤波器每段长度1200μm，这个是根据棋盘状量子比特间距大致决定。根据频率与长度的变化曲线拟合出上式(3)中(四分之一波长的滤波器)的等效介电常数∈_eff＝4.24，拟合变化曲线如图6。根据求得的拟合方程，可以计算出目标频率为4.9GHz的滤波器长度约为7300μm。将此长度的蛇形滤波器进行本征频率单独仿真，其频率为5.01GHz，与目标频率吻合良好。另外，可以用同样的方法确定读取腔的长度约6900μm。

第三步：确定滤波器-读取线的中部耦合位置。

在得到滤波器和读取腔大致长度后，根据棋盘状量子比特分布间距，可以推断出蛇形滤波器与读取腔弯折成6段。考虑到读取线的居中，可以将耦合位置为第四段耦合，如图4所示。

2、目标参数的精确迭代

第四步：滤波器Q值迭代。

可以对滤波器的Q值进行迭代，迭代目标为100。仿真版图为“滤波器-读取线”的联合版图，读取线的两端包含两个50欧姆的负载电阻。仿真设置收敛精度为1％，滤波器和读取线的mesh为10μm，负载电阻为5μm。得到的迭代结果为：滤波器-读取线的耦合长度1260μm，滤波器Q值108。

需要注意的是，读取线的裸露长度与滤波器耦合的那一段长度相同，即为中部耦合长度。在调节滤波器和读取线中部耦合长度的同时，通过同步调节补偿滤波器尾部即末段的长度，使得此时读取腔和滤波器的总长度保持不变，进而保持滤波器频率大致不变。

第五步：滤波器频率的精确迭代。

在确定滤波器-读取线的耦合长度，即滤波器Q值后，需要对滤波器频率进行精确仿真。使用“量子比特-读取腔-滤波器”的联合版图，收敛精度设置为1％，读取腔、滤波器和读取线mesh为15μm，负载电阻和量子比特为5μm。得到的迭代结果为如下表1所示。

表1滤波器精仿结果和读取模块的版图信息

3、在完整版图下进行性能参数验证。

第六步：完整版图验证。

通过电磁仿真软件，对完整版图进行仿真验证，完整版图包括：读取腔、滤波器、读取线、量子比特、耦合器等。精度与mesh设置与第五步相同，其余为自适应。按表1中的各器件几何参数进行精细仿真，验证结果显示：滤波器频率为4.91GHz，滤波器Q值为105.9。读取腔频率为4.89GHz，读取腔Q值为1192，量子比特Q值为5.7×10⁷，收敛精度小于1％。结果与目标符合较好。

运用本实施例方法，可以完成对一款中部耦合的读取模块版图设计迭代工作。经过验证，中部耦合设计方案与目标参数能很好的吻合，且迭代流程清晰，过程高效。本实施例能够提高超导量子芯片的版图设计效率以及优化版图布局，对规模化设计、仿真、迭代均有指导性意义。

第二实施例

如图8所示，本公开提供一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出装置800，包括：

获取模块801，用于获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述滤波器的目标频率和目标品质因子，所述读取模块用于读取所述量子芯片中量子比特的信息，所述目标品质因子用于指示所述读取模块在信息读取时所述滤波器的防串扰性能；

第一确定模块802，用于基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，所述第一版图信息包括所述滤波器的第一长度信息和耦合位置信息，所述耦合位置信息指示所述滤波器与所述读取线的耦合位置位于所述滤波器的中间段，所述中间段为滤波器所弯折成段中除首段和末段之外的其他段；

第二确定模块803，用于基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；

输出模块804，用于输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定。

可选的，所述第一确定模块802包括：

第一确定单元，用于基于所述目标频率，确定所述第一长度信息；

第二确定单元，用于基于所述第一长度信息，确定所述滤波器所弯折成段的数量；

第三确定单元，用于基于所述数量和预设的耦合段信息，确定所述耦合位置信息，所述耦合段信息用于指示滤波器与读取线的耦合位于滤波器的中间段的位置，所述耦合位置信息包括所述滤波器与所述读取线的耦合所位于的所述滤波器的中间段的位置标识。

可选的，所述第一确定单元，具体用于：

对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的本征频率与长度信息的变化关系；

基于所述变化关系，确定共面波导滤波器的等效介电常数；

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定所述第一长度信息。

可选的，所述第一确定单元，具体用于：

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定第三长度信息；

基于所述第三长度信息，对所述滤波器进行电磁仿真，得到第一频率；

在所述第一频率与所述目标频率的差值大于第一预设阈值的情况下，对所述第三长度信息进行迭代调整，得到所述第一长度信息；

在所述第一频率与所述目标频率的差值小于或等于所述第一预设阈值的情况下，将所述第三长度信息确定为所述第一长度信息。

可选的，所述第二确定模块803包括：

电磁仿真单元，用于基于第一目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第一品质因子，所述第一目标版图为所述滤波器和所述读取线的版图，所述第一目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第一长度信息指示的长度，所述滤波器和所述读取线的耦合位置位于所述耦合位置信息指示的位置，所述第一品质因子与预设的耦合长度信息匹配；

迭代调整单元，用于基于所述第一品质因子和所述目标品质因子，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第一耦合长度信息，所述第一耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第二预设阈值。

可选的，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整时，对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器的总长度与所述第一长度信息指示的长度相同。

可选的，还包括：

第一电磁仿真模块，用于基于第二目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到与所述第一长度信息匹配的第二频率，所述第二目标版图为一个量子比特和一个读取模块的版图，所述第二目标版图中所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

第一迭代调整模块，用于基于所述第二频率和所述目标频率，对所述第一长度信息进行迭代调整，得到第四长度信息，所述第四长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第三预设阈值，所述第四长度信息用于确定所述第二长度信息。

可选的，所述第一迭代调整模块，具体用于：

对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度与所述第一耦合长度信息指示的长度相同。

可选的，还包括：

第二电磁仿真模块，用于基于第三目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第三频率和第二品质因子，所述第三目标版图为量子芯片的版图，所述第三目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第四长度信息指示的长度，所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

第二迭代调整模块，用于在所述第三频率与所述目标频率的差值大于所述第三预设阈值，或者，所述第二品质因子与所述目标品质因子的差值大于所述第二预设阈值的情况下，对所述第一耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第二耦合长度信息，以及对所述第四长度信息进行迭代调整，得到所述第二长度信息；

其中，所述第二耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第四预设阈值，和/或，所述第二长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第五预设阈值；所述第四预设阈值小于所述第二预设阈值，所述第五预设阈值小于所述第三预设阈值。

可选的，所述目标频率通过如下方式获取：

基于所述读取线的频率、量子比特的频率和所述量子芯片的读取方式，确定所述目标频率。

本公开提供的超导量子芯片中滤波器的版图信息输出装置800能够实现超导量子芯片中滤波器的版图信息输出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9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9所示，设备900包括计算单元901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的计算机程序或者从存储单元908加载到随机访问存储器(RAM)903中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还可存储设备900操作所需的各种程序和数据。计算单元901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。

设备900中的多个部件连接至I/O接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许设备900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901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901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901执行上文所描述的各个方法和处理，例如超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法。例如，在一些实施例中，超导量子芯片中滤波器的版图信息输出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908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到设备900上。当计算机程序加载到RAM 903并由计算单元901执行时，可以执行上文描述的超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元901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中滤波器的版图信息输出方法。

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 (20)

1.一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出方法，包括：

获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述滤波器的目标频率和目标品质因子，所述读取模块用于读取所述量子芯片中量子比特的信息，所述目标品质因子用于指示所述读取模块在信息读取时所述滤波器的防串扰性能；

基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，所述第一版图信息包括所述滤波器的第一长度信息和耦合位置信息，所述耦合位置信息指示所述滤波器与读取线的耦合位置位于所述滤波器的中间段，所述中间段为滤波器所弯折成段中除首段和末段之外的其他段；

基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；

输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定；

所述基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，包括：

基于所述目标频率，确定所述第一长度信息；

基于所述第一长度信息，确定所述滤波器所弯折成段的数量；

基于所述数量和预设的耦合段信息，确定所述耦合位置信息，所述耦合段信息用于指示滤波器与读取线的耦合位于滤波器的中间段的位置，所述耦合位置信息包括所述滤波器与所述读取线的耦合所位于的所述滤波器的中间段的位置标识；

基于与第一版图信息匹配的版图，对滤波器进行电磁仿真，通过迭代滤波器与读取线之间的耦合长度，调节滤波器的品质因子，得到第一耦合长度信息，第一耦合长度信息指示的耦合长度下，滤波器的品质因子趋近于目标品质因子，第一版图信息匹配的版图包括滤波器和读取线；

所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，包括：将第一长度信息确定为第二长度信息；或者，在量子芯片的版图下进行电磁仿真，迭代调整滤波器的长度，得到第二长度信息，其中，量子芯片的版图中滤波器的总长度为第一长度信息指示的长度，第二长度信息与目标频率的匹配度大于第一长度信息与目标频率的匹配度；

所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定，包括：将第一耦合长度信息确定为第二耦合长度信息；或者，在量子芯片的版图下进行电磁仿真，继续迭代调整滤波器与读取线之间的耦合长度，得到第二耦合长度信息，其中，量子芯片的版图中滤波器与读取线之间的耦合长度为第一耦合长度信息指示的耦合长度，第二耦合长度信息与目标品质因子的匹配度大于第一耦合长度信息与目标品质因子的匹配度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述目标频率，确定所述第一长度信息，包括：

对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的本征频率与长度信息的变化关系；

基于所述变化关系，确定共面波导滤波器的等效介电常数；

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定所述第一长度信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定所述第一长度信息，包括：

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定第三长度信息；

基于所述第三长度信息，对所述滤波器进行电磁仿真，得到第一频率；

在所述第一频率与所述目标频率的差值大于第一预设阈值的情况下，对所述第三长度信息进行迭代调整，得到所述第一长度信息；

在所述第一频率与所述目标频率的差值小于或等于所述第一预设阈值的情况下，将所述第三长度信息确定为所述第一长度信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息，包括：

基于第一目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第一品质因子，所述第一目标版图为所述滤波器和所述读取线的版图，所述第一目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第一长度信息指示的长度，所述滤波器和所述读取线的耦合位置位于所述耦合位置信息指示的位置，所述第一品质因子与预设的耦合长度信息匹配；

基于所述第一品质因子和所述目标品质因子，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第一耦合长度信息，所述第一耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第二预设阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整时，对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器的总长度与所述第一长度信息指示的长度相同。

6.根据权利要求4所述的方法，所述输出第二版图信息之前，还包括：

基于第二目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到与所述第一长度信息匹配的第二频率，所述第二目标版图为一个量子比特和一个读取模块的版图，所述第二目标版图中所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

基于所述第二频率和所述目标频率，对所述第一长度信息进行迭代调整，得到第四长度信息，所述第四长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第三预设阈值，所述第四长度信息用于确定所述第二长度信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述对所述第一长度信息进行迭代调整，包括：

对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度与所述第一耦合长度信息指示的长度相同。

8.根据权利要求6所述的方法，所述基于所述第二频率和所述目标频率，对所述第一长度信息进行迭代调整，得到第四长度信息之后，还包括：

基于第三目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第三频率和第二品质因子，所述第三目标版图为量子芯片的版图，所述第三目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第四长度信息指示的长度，所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

在所述第三频率与所述目标频率的差值大于所述第三预设阈值，或者，所述第二品质因子与所述目标品质因子的差值大于所述第二预设阈值的情况下，对所述第一耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第二耦合长度信息，以及对所述第四长度信息进行迭代调整，得到所述第二长度信息；

其中，所述第二耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第四预设阈值，和/或，所述第二长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第五预设阈值；所述第四预设阈值小于所述第二预设阈值，所述第五预设阈值小于所述第三预设阈值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标频率通过如下方式获取：

基于所述读取线的频率、量子比特的频率和所述量子芯片的读取方式，确定所述目标频率。

10.一种超导量子芯片中滤波器的版图信息输出装置，包括：

获取模块，用于获取量子芯片中读取模块的滤波器的目标特征参数，所述目标特征参数包括所述滤波器的目标频率和目标品质因子，所述读取模块用于读取所述量子芯片中量子比特的信息，所述目标品质因子用于指示所述读取模块在信息读取时所述滤波器的防串扰性能；

第一确定模块，用于基于所述目标频率，确定所述滤波器对应的第一版图信息，所述第一版图信息包括所述滤波器的第一长度信息和耦合位置信息，所述耦合位置信息指示所述滤波器与读取线的耦合位置位于所述滤波器的中间段，所述中间段为滤波器所弯折成段中除首段和末段之外的其他段；

第二确定模块，用于基于所述第一版图信息和所述目标品质因子，确定所述滤波器与所述读取模块中读取线之间的第一耦合长度信息；

输出模块，用于输出第二版图信息，所述第二版图信息包括所述耦合位置信息、所述滤波器的第二长度信息和第二耦合长度信息，所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定；

所述第一确定模块包括：

第一确定单元，用于基于所述目标频率，确定所述第一长度信息；

第二确定单元，用于基于所述第一长度信息，确定所述滤波器所弯折成段的数量；

第三确定单元，用于基于所述数量和预设的耦合段信息，确定所述耦合位置信息，所述耦合段信息用于指示滤波器与读取线的耦合位于滤波器的中间段的位置，所述耦合位置信息包括所述滤波器与所述读取线的耦合所位于的所述滤波器的中间段的位置标识；

第二确定模块，具体用于基于与第一版图信息匹配的版图，对滤波器进行电磁仿真，通过迭代滤波器与读取线之间的耦合长度，调节滤波器的品质因子，得到第一耦合长度信息，第一耦合长度信息指示的耦合长度下，滤波器的品质因子趋近于目标品质因子，第一版图信息匹配的版图包括滤波器和读取线；

所述第二长度信息基于所述第一长度信息确定，包括：将第一长度信息确定为第二长度信息；或者，在量子芯片的版图下进行电磁仿真，迭代调整滤波器的长度，得到第二长度信息，其中，量子芯片的版图中滤波器的总长度为第一长度信息指示的长度，第二长度信息与目标频率的匹配度大于第一长度信息与目标频率的匹配度；

所述第二耦合长度信息基于所述第一耦合长度信息确定，包括：将第一耦合长度信息确定为第二耦合长度信息；或者，在量子芯片的版图下进行电磁仿真，继续迭代调整滤波器与读取线之间的耦合长度，得到第二耦合长度信息，其中，量子芯片的版图中滤波器与读取线之间的耦合长度为第一耦合长度信息指示的耦合长度，第二耦合长度信息与目标品质因子的匹配度大于第一耦合长度信息与目标品质因子的匹配度。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一确定单元，具体用于：

对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的本征频率与长度信息的变化关系；

基于所述变化关系，确定共面波导滤波器的等效介电常数；

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定所述第一长度信息。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一确定单元，具体用于：

基于所述等效介电常数和所述目标频率，确定第三长度信息；

基于所述第三长度信息，对所述滤波器进行电磁仿真，得到第一频率；

在所述第一频率与所述目标频率的差值大于第一预设阈值的情况下，对所述第三长度信息进行迭代调整，得到所述第一长度信息；

在所述第一频率与所述目标频率的差值小于或等于所述第一预设阈值的情况下，将所述第三长度信息确定为所述第一长度信息。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第二确定模块包括：

电磁仿真单元，用于基于第一目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第一品质因子，所述第一目标版图为所述滤波器和所述读取线的版图，所述第一目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第一长度信息指示的长度，所述滤波器和所述读取线的耦合位置位于所述耦合位置信息指示的位置，所述第一品质因子与预设的耦合长度信息匹配；

迭代调整单元，用于基于所述第一品质因子和所述目标品质因子，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第一耦合长度信息，所述第一耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第二预设阈值。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，对所述预设的耦合长度信息进行迭代调整时，对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器的总长度与所述第一长度信息指示的长度相同。

15.根据权利要求13所述的装置，还包括：

第一电磁仿真模块，用于基于第二目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到与所述第一长度信息匹配的第二频率，所述第二目标版图为一个量子比特和一个读取模块的版图，所述第二目标版图中所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

第一迭代调整模块，用于基于所述第二频率和所述目标频率，对所述第一长度信息进行迭代调整，得到第四长度信息，所述第四长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第三预设阈值，所述第四长度信息用于确定所述第二长度信息。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一迭代调整模块，具体用于：

对所述滤波器的末段的长度进行调整，使得所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度与所述第一耦合长度信息指示的长度相同。

17.根据权利要求15所述的装置，还包括：

第二电磁仿真模块，用于基于第三目标版图，对所述滤波器进行电磁仿真，得到所述滤波器的第三频率和第二品质因子，所述第三目标版图为量子芯片的版图，所述第三目标版图中，所述滤波器的总长度为所述第四长度信息指示的长度，所述滤波器与所述读取线之间的耦合长度为所述第一耦合长度信息指示的长度；

第二迭代调整模块，用于在所述第三频率与所述目标频率的差值大于所述第三预设阈值，或者，所述第二品质因子与所述目标品质因子的差值大于所述第二预设阈值的情况下，对所述第一耦合长度信息进行迭代调整，得到所述第二耦合长度信息，以及对所述第四长度信息进行迭代调整，得到所述第二长度信息；

其中，所述第二耦合长度信息匹配的品质因子与所述目标品质因子的差值小于或等于第四预设阈值，和/或，所述第二长度信息匹配的频率与所述目标频率的差值小于或等于第五预设阈值；所述第四预设阈值小于所述第二预设阈值，所述第五预设阈值小于所述第三预设阈值。

18.根据权利要求10所述的装置，其中，所述目标频率通过如下方式获取：

基于所述读取线的频率、量子比特的频率和所述量子芯片的读取方式，确定所述目标频率。

19.一种电子设备，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1-9中任一项所述的方法。

20.一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1-9中任一项所述的方法。

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