CN115688929B - 信号处理装置、量子控制系统及量子计算机 - Google Patents

Abstract

本申请属于量子领域，公开了一种信号处理装置、量子控制系统及量子计算机，包括一金属壳体，所述金属壳体内设置有若干个密闭且相互隔离的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内设置有第一PCB板，所述第二空腔内设置有第二PCB板；其中，所述第一PCB板上集成有衰减值可调的第一信号放大链路，所述第一信号放大链路用于对携带编码信息的微波信号进行处理并输出至量子处理器；所述第二PCB板上集成有包括由开关选通的若干条信号放大路径的第二信号放大链路，所述第二信号放大链路用于对所述量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行处理；其中，各所述信号放大路径的增益不同。本申请能提高提高了信号放大链路的应用灵活性。

Description

信号处理装置、量子控制系统及量子计算机

技术领域

本申请属于量子领域，特别是一种信号处理装置、量子控制系统及量子计算机。

背景技术

量子计算是一种遵循量子力学规律调控基本信息单元进行计算的新型计算模式。经典计算的基本信息单元是经典比特，量子计算的基本信息单元是量子位，经典比特只能处于一种状态，即0或1，而基于量子力学态叠加原理，量子位的状态可以处于多种可能性的叠加状态，因而量子计算的计算效率远远超过经典计算的计算效率。

在量子计算机中，量子处理器上集成多位量子位，量子处理器需要工作在极低温的环境下，才能取得较为优异的工作性能，如果工作环境温度过高，其量子态的演化将非常难以控制和读取。通常将量子处理器设置于稀释制冷机的温度最低层，在稀释制冷机外部设置信号源设备输出对量子处理器进行控制和读取的微波信号，以及设置测量设备对量子处理器输出的微波信号进行，信号源设备、测量设备与量子处理器之间采用测控线路连接。考虑到微波信号在测控线路中传输时的损耗，需要采用信号放大器对信号源输出的微波信号进行放大处理后在通过测控线路传输至量子处理器，且由于量子处理器输出的微波信号是比较微弱的信号，为了使得室温的测量设备能够测量出微波信号，也需要采用信号放大器对测控线路中传输的量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行放大，将放大后的微波信号传输至测量设备进行测量。

量子处理器上集成有很多个量子位，各量子位执行的计算任务多样化，对不同量子位进行控制和读取的微波信号功率是不同的，需要根据量子位的需求灵活设置，同时不同量子位输出的微波信号的功率也是不同的，功率区间跨度较大，现有技术中信号放大器的增益是固定的，用信号放大器搭建的信号放大链路的增益固定。因此，当信号源输出的微波信号的功率范围有限时，通过信号放大链路放大后的微波信号的功率也是有限的，无法满足对量子处理器进行控制和读取用的微波信号功率的灵活选择需求；且通过信号放大链路放大后的微波信号的功率区间跨度大，测量设备的测量范围有限无法测量。

发明内容

本申请的目的是提供一种信号处理装置、量子控制系统及量子计算机，弥补了现有技术中由于信号放大链路的增益固定，使得信号放大链路输出的对量子处理器进行控制和读取用的微波信号的功率范围有限、且测量设备无法对信号放大链路放大后的微波信号进行测量的缺点，提高了信号放大链路的应用灵活性。

本申请技术方案具体如下：

本申请的一方面提供了一种信号处理装置，包括一金属壳体，所述金属壳体内设置有若干个密闭且相互隔离的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内设置有第一PCB板，所述第二空腔内设置有第二PCB板；

其中，所述第一PCB板上集成有衰减值可调的第一信号放大链路，所述第一信号放大链路用于对携带编码信息的微波信号进行处理并输出至量子处理器；

所述第二PCB板上集成有包括由开关选通的若干条信号放大路径的第二信号放大链路，所述第二信号放大链路用于对所述量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行处理；其中，各所述信号放大路径的增益不同。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第一PCB上还集成有第一信号混频模块，所述第一信号混频模块对接收到的中频信号进行混频处理，并输出混频后的微波信号至第一信号放大链路，其中，所述中频信号携带所述编码信息。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第一信号放大链路包括依次串联连接的多级信号放大模块、以及多个信号衰减模块；

各所述信号衰减模块的第一端连接所述第一信号混频模块的输出端或连接前一级信号放大模块的输出端，所述信号衰减模块的第二端连接后一级信号放大模块的输入端；

其中，所述信号衰减模块的衰减值可调。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述信号衰减模块包括第一端串联连接的第一衰减单元和第二衰减单元；

所述第一衰减单元的第二端连接所述第一信号混频模块的输出端或前一级信号放大模块的输出端；

所述第二衰减单元的第二端连接后一级信号放大模块的输入端；

其中，所述第一衰减单元的衰减值可调。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第一PCB上还集成有第一开关模块，所述第一开关模块的不动端连接所述第一信号放大链路的输出端，所述第一开关模块的动端连接信号输出端口或测试端口。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第二PCB上还集成有第二信号混频模块，所述第二信号混频模块的第一端连接所述第二信号放大链路的输出端，所述第二信号混频模块的第二端输出混频后的携带量子态信息的中频信号。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第二PCB上还集成有功率检测模块，所述功率检测模块依据信号输入端口接收的微波信号的功率控制所述开关连通一条信号放大路径至信号输出端口。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第二信号放大链路包括依次串联连接的多级信号放大模块、以及若干个第二开关模块；所述第二开关模块用于连通所述功率检测模块与所述信号输出端口；或

用于连通所述功率检测模块与各所述信号放大模块的输入端；或

用于连通相邻所述信号放大模块的输入端和输出端；或

用于连通各所述信号放大模块的输出端与所述信号输出端口。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第二开关模块包括第一开关单元、第二开关单元、以及第三开关单元；

所述第一开关单元用于连通所述功率检测模块与第一级所述信号放大模块的输入端或用于连通所述功率检测模块与所述第三开关单元；

所述第二开关单元用于连通前一级所述信号放大模块的输出端与后一级所述信号放大模块的输入端或用于连通前一级所述信号放大模块的输出端与所述第三开关单元；

所述第三开关单元用于连通最后一级所述信号放大模块的输出端与所述信号输出端口或用于连通所述第一开关单元与所述信号输出端口或用于连通所述第二开关单元与所述信号输出端口。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述第一开关单元、所述第二开关单元、以及所述第三开关单元均包括若干个单刀多掷开关。

如上所述的信号处理装置，优选的，还包括位于所述第一空腔和所述第二空腔的若干个隔断，所述隔断用于隔离各级所述信号放大模块。

如上所述的信号处理装置，优选的，所述隔断包括长条形隔断、U形隔断、L形隔断、Y形隔断、梯形隔断、弧形隔断、组合隔断中的一种或多种，其中，所述组合隔断为长条形隔断、U形隔断、L形隔断、Y形隔断、梯形隔断、弧形隔断中的至少两种组合在一起形成的隔断。

本申请另一方面提供一种量子控制系统，包括任一项上述的信号处理装置。

本申请再一方面提供一种量子计算机，包括上述的量子控制系统以及量子处理器，所述量子处理器接收所述量子控制系统输出的携带编码信息的微波信号执行量子运算，并输出运算后携带量子态信息的微波信号至所述量子控制系统。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请提出一种信号处理装置，包括一金属壳体，所述金属壳体内设置有若干个密闭且相互隔离的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内设置有第一PCB板，所述第二空腔内设置有第二PCB板；其中，所述第一PCB板上集成有衰减值可调的第一信号放大链路，所述第一信号放大链路用于对携带编码信息的微波信号进行处理并输出至量子处理器；所述第二PCB板上集成有包括由开关选通的若干条信号放大路径的第二信号放大链路，所述第二信号放大链路用于对所述量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行处理；其中，各所述信号放大路径的增益不同。采用衰减值可调的第一信号放大链路对信号源输出的携带编码信息的微波信号进行放大，可以确保放大后输出的微波信号的功率参数可调，匹配量子处理器上各量子位对控制信号和测量信号的功率需求；并采用开关选通多种增益的信号放大路径对量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行放大处理，确保处理后的微波信号的功率值的变化范围较小，便于测量设备的测量。

此外，采用一金属壳体设置相互隔离的第一空腔和第二空腔分别用于容置集成第一信号放大链路的第一PCB板以及容置第二信号放大链路的第二PCB板，确保第一放大链路和第二放大链路之间的隔离，避免微波信号之间的串扰。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种量子处理器的测量线路示意图；

图2为本申请实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种第一信号放大链路的电路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种第二信号放大链路的电路示意图；

图5为本申请实施例提供的一种包括第一信号混频模块的第一信号放大链路的电路；

图6为本申请实施例提供的一种第一信号放大链路的组成电路示意图；

图7为本申请实施例提供的一种信号衰减模块的组成电路示意图；

图8为本申请实施例提供的一种第一信号放大链路的测试电路示意图1；

图9为本申请实施例提供的一种第一信号放大链路的测试电路示意图2；

图10为本申请实施例提供的一种包括第二信号混频模块的第二信号放大链路的电路示意图；

图11为本申请实施例提供的一种包括功率检测模块的第二信号放大链路的电路示意图；

图12为本申请实施例提供的一种功率检测模块的组成电路示意图；

图13为本申请实施例提供的一种第二信号放大链路的组成电路示意图；

图14为本申请实施例提供的一种第二开关模块的组成电路示意图1；

图15为本申请实施例提供的一种第二开关模块的组成电路示意图2；

图16为本申请实施例提供的一种隔断的结构示意图。

附图标记说明：

1－信号处理装置，2－制冷设备，3－测控系统，4－量子处理器；

11－金属壳体，12－第一空腔，13－第一PCB板，14－第二空腔，15－第二PCB板；

121－U型隔断，122－长条形隔断，141－组合隔断，131－第一信号放大链路，132－第一信号混频模块，133－第一开关模块，151－第二信号放大链路，152－第二信号混频模块，153－功率检测模块；

1311－信号放大模块，1312－信号衰减模块，1512－第二开关模块；1520－第一开关单元，1521－第二开关单元，1522－第三开关单元，1531－耦合器，1532－检波器，1533－比较器。

具体实施方式

以下详细描述仅是说明性的，并不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，无意受到前面的“背景技术”或“发明内容”部分或“具体实施方式”部分中呈现的任何明示或暗示信息的约束。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如附图1所示的量子处理器4的测量线路示意图，包括位于制冷设备2内温度最低温区的量子处理器4，位于稀释制冷机外部的测控系统3，测控系统3包括为量子处理器提供控制信号和测量信号的信号源以及对量子处理器4输出的微波信号进行测量的测量设备，量子处理器4和测控系统3之间通常采用测试线路连接，示例的，最低温区的温度低至毫开尔文温度，如10mK。

量子处理器4上集成多个用于执行量子计算的量子位，量子位对环境噪声影响非常敏感，因此，对量子位进行控制和非破坏性读取通常采用非常微弱的微波信号，并且量子位输出的携带量子态信息的微波信号的功率也非常低，低至-100dBm，因此在测试线路中设置多个信号放大器装置对量子位输出的微波信号进行放大，便于室温环境的测量设备3可以测量。

考虑到微波信号在测控线路中传输时的损耗，需要采用信号放大器对信号源输出的微波信号进行放大处理后在通过测控线路传输至量子处理器，且由于量子处理器输出的微波信号是比较微弱的信号，为了使得室温的测量设备能够测量出微波信号，也需要采用信号放大器对测控线路中传输的量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行放大，将放大后的微波信号传输至测量设备进行测量。

此外，量子处理器4上的量子位执行的计算任务多样化，输出至量子处理器上不通过量子位的微波信号的功率以及量子处理器上不同量子位输出的微波信号的功率均是不同的，且微波信号的功率变化范围较大，需要采用功率可调节的信号放大链路对微波信号进行放大处理，基于此，本申请实施例提供一种信号处理装置。

结合附图2、附图3、以及附图4所示，作为本申请实施例的一种实施方式，本实施例提出一种信号处理装置，包括一金属壳体11，所述金属壳体11内设置有若干个密闭且相互隔离的第一空腔12和第二空腔14，所述第一空腔12内设置有第一PCB板13，所述第二空腔14内设置有第二PCB板15；其中，所述第一PCB板13上集成有衰减值可调的第一信号放大链路131，所述第一信号放大链路131用于对携带编码信息的微波信号进行处理并输出至量子处理器；所述第二PCB板15上集成有包括由开关选通的若干条信号放大路径的第二信号放大链路151，所述第二信号放大链路151用于对所述量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行处理；其中，各所述信号放大路径的增益不同。

具体的，第一信号放大链路131设置于量子处理器的前端，用于对信号源输出至量子处理器的微波信号进行放大处理，第二信号放大链路151设置于量子处理器的后端，对量子处理器输出的待传输至测量设备的微波信号进行放大处理。

如附图3所示，信号源输出对量子处理器上量子位进行控制和测量的微波信号，测量和控制效果由微波信号中携带的编码信息确定，微波信号通过第一信号放大链路131放大后传输至量子处理器。第一信号放大链路131不仅具有固定增益的信号放大效果，还具有衰减值可调节的信号衰减效果，结合第一信号放大链路131的增益值、输入的微波信号的功率值，对链路中的衰减值灵活调节，确保输出至量子处理器的微波信号的功率可以匹配量子处理器上各量子位对控制信号和测量信号的功率需求，提高信号放大链路的应用灵活性。

如附图4所示，第二信号放大链路151包括若干条信号放大路径，每一条信号放大路径的增益均不同，可以根据量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号的功率，通过开关连通其中一条增益合适的信号放大路径对该微波信号进行放大处理；例如，当输入的微波信号的功率较高时，通过开关连通其中一条增益较低的信号放大路径对微波信号进行放大处理；当输入的微波信号的功率较低时，通过开关连通其中一条增益较高的信号放大路径对微波信号进行放大处理；确保通过第二信号放大链路151放大处理后的微波信号的功率值的变化范围较小，便于测量设备的测量，提高了测量设备对量子处理器输出的功率区间跨度较大的微波信号进行测量的灵活性和适用性。

附图4中示例了4条信号放大路径，其中，最下面一条信号放大路径上未设置用于对微波信号进行放大的信号放大器件，可以理解为该信号放大路径的增益为0。此外，其他几路信号放大路径仅为示例，信号放大路径上设置的信号放大器件的数量以及具体增益值需要结合量子处理器输出的微波信号的功率参数以及测量设备的测量范围设定，本实施例不再赘述。需要说明的是，附图4中的开关组合形式仅为示例，并不限制开关为单刀多掷开关，也可以是其他开关的组合形式。

此外，第一信号放大链路131和第二信号放大链路151中均包括信号放大器件，经过放大处理后的微波信号的功率较高，为了避免微波信号的相互串扰，设置一金属壳体11，并在金属壳体11内设置若干个第一空腔12和第二空腔14，且各个空腔之间相互隔离；金属壳体11包括壳体以及盖板，通过盖板盖设在壳体上确保各个空腔的密闭；其中，第一空腔12用于容置集成第一信号放大链路131的第一PCB板13，第二空腔14用于容置集成第二信号放大链路151的第二PCB板15，不仅可以屏蔽金属壳体11外的环境噪声对第一信号放大链路131和第二信号放大链路151的影响，还可以避免金属壳体11内部各个信号放大链路之间的信号串扰。

继续如附图2所示，金属壳体11上沿着第一PCB板13和第二PCB板15的长度延伸方向的两侧壁上设置有若干个信号连接器，各信号连接器与第一信号放大链路131和第二信号放大链路151的信号输入端口和信号输出端口电连接，用于传输微波信号。

如附图5所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第一PCB上还集成有第一信号混频模块132，所述第一信号混频模块132对接收到的中频信号进行混频处理，并输出混频后的微波信号至第一信号放大链路131，其中，所述中频信号携带所述编码信息。量子处理器的工作频段较高，通常为吉赫兹，例如4GHz－8GHz。因此，对量子处理器进行控制和读取的微波信号的频率也为吉赫兹，通常采用混频技术对中频信号进行混频处理获得。具体的，第一信号混频模块132的输入端用于接收待混频的中频信号、以及本振信号，将混频后的微波信号输出至第一信号放大链路131。第一信号混频模块132的工作原理可以采用IQ混频原理或者二次变频原理。

如附图6所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第一信号放大链路131包括依次串联连接的多级信号放大模块1311、以及多个信号衰减模块1312；各所述信号衰减模块1312的第一端连接所述第一信号混频模块132的输出端或连接前一级信号放大模块1311的输出端，所述信号衰减模块1312的第二端连接后一级信号放大模块1311的输入端；其中，所述信号衰减模块1312的衰减值可调。

为了确保对微波信号的放大效果，第一信号放大链路131采用依次串联连接的多级信号放大模块1311，在每一级信号放大模块1311的输入端之前设置信号衰减模块1312；其中，第一信号混频模块132的输出端通过一信号衰减模块1312连接第一级信号放大模块1311；信号放大模块1311对电路中的微波信号进行放大处理，信号衰减模块1312对电路中传输的微波信号的功率进行衰减处理，并且信号衰减模块1312的衰减值可调，结合信号放大模块1311的增益，实现第一信号放大链路131输出微波信号的功率参数可调，根据对量子处理器进行控制和测试的微波信号的功率要求灵活调节。

此外，电路中信号放大模块1311的数量与信号衰减模块1312的数量对应，具体数量根据传输至量子处理器的微波信号的功率需求确定，本实施例不再赘述。

如附图7所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述信号衰减模块1312包括第一端串联连接的第一衰减单元和第二衰减单元；所述第一衰减单元的第二端连接所述第一信号混频模块132的输出端或前一级信号放大模块1311的输出端；所述第二衰减单元的第二端连接后一级信号放大模块1311的输入端；其中，所述第一衰减单元的衰减值可调。结合量子处理器对接收的微波信号的功率需求，可调范围通常选择30dB左右，第二衰减单元32的衰减值为固定值，通常选择3dB－5dB之间。通过可调衰减与固定衰减的配合，实现更大范围的功率调节。

如附图8所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第一PCB上还集成有第一开关模块133，所述第一开关模块133的不动端连接所述第一信号放大链路的输出端131，所述第一开关模块133的动端连接信号输出端口或测试端口。第一信号放大链路131输出放大处理后的微波信号至量子测控线路，对于处理后的微波信号的功率是否符合量子处理器的需求，可以通过测量设备进行测试。具体的，采用第一开关模块133进行端口切换，第一开关模块133的不动端连接第一信号放大链路131接收放大处理后的微波信号，第一开关模块133具有若干个动端，动端分别连接信号输出端口和测试端口，其中，测试端口与测量设备连接。通过第一开关模块133的切换，可以实现对第一信号放大链路131输出的微波信号的测试或者通过量子测控线路输出至量子处理器。

此外，结合附图8和附图9所示，本申请实施例还提供一种信号测试电路，包括若干个上述实施例的第一信号放大链路131、及单刀多掷开关，单刀多掷开关的不动端连接测试端口，单刀多掷开关的动端连接若干第一开关模块133的动端。本申请的第一信号放大链路131应用于量子计算领域，量子处理器上集成有多个量子位，因此需要多个本实施例的第一信号放大链路131，采用信号测试电路可以对多个第一信号放大链路131处理后的微波信号的功率进行测试。

如附图10所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第二PCB上还集成有第二信号混频模块152，所述第二信号混频模块152的第一端连接所述第二信号放大链路151的输出端，所述第二信号混频模块152的第二端输出混频后的携带量子态信息的中频信号。本实施例的第二信号放大链路151用于对量子处理器输出的微波信号进行放大处理，由于量子处理器4的工作频率通常在4GHz－8GHz之间，因此输出的微波信号的频率也在4GHz－8GHz之间，在第二信号放大链路151靠近信号输出端口的位置设置第二信号混频模块152，对功率调节后的微波信号进行下变频处理，将高频的微波信号处理为测量设备可以进行测量的中频信号。此外，当第二信号混频模块152采用IQ混频原理或者二次变频原理时，需要在第二信号混频模块152上施加本振信号。

如附图11所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第二PCB上还集成有功率检测模块153，所述功率检测模块153依据信号输入端口接收的微波信号的功率控制所述开关连通一条信号放大路径至信号输出端口。功率检测模块153的一端连接信号输入端口，用于对信号输入端口接收的微波信号的功率进行测量，功率检测模块153的另一端与信号放大路径之间通过开关连接，并根据测量得到的功率值选择控制开关连通第二信号放大链路151中的一条信号放大路径。

如附图12所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述功率检测模块153包括依次串联的耦合器1531、检波器1532、比较器1533；所述耦合器1531的另一端与信号输入端口耦合连接；比较器1533的另一端输出功率检测信号。具体的，通过耦合器1531对信号输入端口接收的微波信号进行耦合，将耦合后的信号传输至检波器1532进行处理，并将处理后的信号传输至比较器1533进行比较，并输出比较后的功率检测信号，根据比较后的功率检测信号控制开关的连通。

如附图13所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第二信号放大链路151包括依次串联连接的多级信号放大模块1311、以及若干个第二开关模块1512；所述第二开关模块1512用于连通所述功率检测模块153与所述信号输出端口；或用于连通所述功率检测模块153与各所述信号放大模块1311的输入端；或用于连通相邻所述信号放大模块1311的输入端和输出端；或用于连通各所述信号放大模块1311的输出端与所述信号输出端口。

在本实施例中，采用多级信号放大模块1311与多个第二开关模块1512连接。通过第二开关模块1512的连接实现包括不同数量的信号放大模块1311的信号放大支路。具体的，在功率检测模块153与第一级信号放大模块1311的输入端之间设置第二开关模块1512，用于第一级信号放大模块1311与信号输出端口之间切换，当此第二开关模块1512的连通信号输出端时，该条信号放大支路的增益则为0，当此第二开关模块1512连通第一级信号放大模块1311时，该条信号放大支路的增益由第一级信号放大模块1311的增益确定。

此外，在相邻两个信号放大模块1311之间也设置第二开关模块1512，用于在相邻两个信号放大模块1311与信号输出端口之间切换，当此第二开关模块1512连通信号输出端口时，该条信号放大支路的增益则为前一级信号放大模块1311的增益；需要补充的是，此时，功率检测模块153与第一级信号放大模块1311之间的开关模块需要连通前一级信号放大模块1311；当此第二开关模块1512连通后一级信号放大模块1311时，该条信号放大支路的增益由第一级信号放大模块1311以及第一级信号放大模块1311的增益共同确定。

此外，在最后一级信号放大模块1311的输出端与信号输出端口也设置第二开关模块1512，用于在前一级信号放大模块1311、最后一级信号放大模块1311以及连接功率检测模块153的第二开关模块1512之间切换。当此第二开关模块1512连通最后一级信号放大模块1311时，该条信号放大支路的增益由支路中连通的所有信号放大模块1311的增益之和确定；需要补充的是，此时，前几级信号放大模块1311之间需要通过第二开关模块1512连通。当此第二开关模块1512连通前一级信号放大模块1311时，该条信号放大支路的增益由支路中前几级连通的信号放大模块1311的增益之和确定。当此第二开关模块1512连通连接功率检测模块153的开关模块时，该条信号放大支路的增益则为0。

示例的，如附图13中的各第二开关模块1512的连通，整条信号放大支路中的各信号放大模块1311均参与信号放大作用，该信号放大支路的增益为所有信号放大模块1311的增益之和。各第二开关模块1512的其他组合形式，可以参照上述描述的组合形式，由信号放大支路中参与信号放大的信号放大模块1311确定。通过各第二开关模块1512的组合，可以实现包括不同数量的信号放大模块1311的信号放大支路，进而实现不同增益的信号放大支路。

此外，附图13示例的为包括三个信号放大模块1311的第二信号放大链路151。可以想象的是，第二信号放大链路151还可以包括其他数量的信号放大模块1311，并在相邻信号放大模块1311之间设置第二开关模块1512，本实施例不再赘述。

需要补充的是，第一信号放大链路131和第二信号放大链路151中均包括信号放大模块1311，信号放大模块1311在具体实施时可以选择低噪声放大器，对于低噪声放大器的型号和性能参数，根据对量子处理器进行控制和测量的微波信号以及量子处理器输出的微波信号的性能参数分别确定。

如附图14所示，根据各第二开关模块1512在第二信号放大链路151中的位置和连接关系，将第二开关模块1512具体定义，具体的，位于功率检测模块153和第一级信号放大模块1311之间的第一开关单元1520、位于相邻两级信号放大模块1311之间的第二开关单元1521、以及位于最后一级信号放大模块1311与信号输出端口之间的第三开关单元1522。所述第一开关单元1520用于连通所述功率检测模块153与第一级所述信号放大模块1311的输入端或用于连通所述功率检测模块153与所述第二开关单元1521；所述第二开关单元1521用于连通前一级所述信号放大模块1311的输出端与后一级所述信号放大模块1311的输入端或用于连通前一级所述信号放大模块1311的输出端与所述第三开关单元1522；所述第三开关单元1522用于连通最后一级所述信号放大模块1311的输出端与所述信号输出端口或用于连通所述第一开关单元1520与所述信号输出端口或用于连通所述第二开关单元1521与所述信号输出端口。

需要补充的是，对于第一开关单元1520、第二开关单元1521、以及第三开关单元1522的连通功能根据附图14中示例的第二信号放大链路151确定的，当第二信号放大链路151中第二开关模块1512采用其他组合形式时，第一开关单元1520、第二开关单元1521以及第三开关单元1522的连通功能需要重新定义。

此外，附图13、附图14示例的均为包括三个信号放大模块1311的第二信号放大链路151，当第二信号放大链路151还包括其他数量的信号放大模块1311时，第一开关单元1520、第二开关单元1521、以及第三开关单元1522的连通功能也需要重新确定，例如附图15所示的包括四个信号放大模块1311的第二信号放大链路151。不过可以发现的是，对于若干个位于相邻两个信号放大模块1311之间的第二开关单元1521的连通功能是相同的，当第二信号放大链路151包括更多数量的信号放大模块1311时，按照相同的电路结构设置即可。

附图13、附图14、附图15所示的信号放大模块1311与第二开关模块1512的组合方式，仅为其中一种实施方式，其他种能够实现上述的若干信号放大模块1311连通的组合方式，均属于本申请的保护范围。

结合附图11、附图13、附图14、及附图15所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第一开关单元1520、所述第二开关单元1521、以及所述第三开关单元1522均包括若干个单刀多掷开关。采用单刀多掷开关，通过切换单刀多掷开关的动端连通其他开关或者信号放大模块1311，实现第二信号放大链路151中多种信号放大支路的切换。

如附图16所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述信号处理装置还包括位于所述第一空腔12和所述第二空腔14的若干个隔断，所述隔断用于隔离各级所述信号放大模块1311。其中，第一PCB板13上的第一信号放大链路131和第二PCB板15上的第二信号放大链路151均包括若干级信号放大模块1311，通过在第一空腔12和第二空腔14设置若干个隔断，将第一空腔12和第二空腔14分割成多个隔离腔，每个隔离腔均用于容置一级信号放大模块1311，确保每一级信号放大模块1311在第一空腔12或第二空腔14内均是密闭且隔离的，避免信号放大模块1311传输的多路微波信号之间相互串扰，提高微波信号的精度。

如附图16所示，所述隔断包括长条形隔断122、U形隔断121、L形隔断、Y形隔断、梯形隔断、弧形隔断、组合隔断141中的一种或多种，其中，所述组合隔断141为长条形隔断122、U形隔断121、L形隔断、Y形隔断、梯形隔断、弧形隔断中的至少两种组合在一起形成的隔断。

具体选择时，可以根据具体第一PCB板13和第二PCB板15上集成的第一信号放大链路和第二信号放大链路中信号放大元件的布置情况，选择合适形状的隔断，示例性的，如图16所示：一种具体的方式为：第一空腔12内设置一个长条形隔断122和两个U形隔断121；第二空腔14内设置三个组合隔断141和一个长条形隔断122。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供一种量子控制系统，包括任一项上述的信号处理装置。量子处理器上集成多个量子位，随着量子位的数量越来越多，需要的信号处理装置的数量对应增多，将多个信号处理装置集成在量子控制系统内，确保量子处理器执行量子计算任务。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供一种量子计算机，包括上述的量子控制系统以及量子处理器，所述量子处理器接收所述量子控制系统输出的携带编码信息的微波信号执行量子运算，并输出运算后携带量子态信息的微波信号至所述量子控制系统。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，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)

1.一种信号处理装置，包括一金属壳体，所述金属壳体内设置有若干个密闭且相互隔离的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔内设置有第一PCB板,所述第二空腔内设置有第二PCB板；

其中，所述第一PCB板上集成有包括依次串联连接的多级信号放大模块以及多个衰减值可调节的信号衰减模块的第一信号放大链路，所述第一信号放大链路用于对携带编码信息的微波信号进行处理并输出至量子处理器；

所述第二PCB板上集成有包括由开关选通的若干条信号放大路径的第二信号放大链路，每一条所述信号放大路径上至少包括一个信号放大模块，所述第二信号放大链路用于对所述量子处理器输出的携带量子态信息的微波信号进行处理；其中，各所述信号放大路径的增益不同。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述第一PCB上还集成有第一信号混频模块，所述第一信号混频模块对接收到的中频信号进行混频处理，并输出混频后的微波信号至第一信号放大链路，其中，所述中频信号携带所述编码信息。

3.根据权利要求2所述的信号处理装置，其特征在于，

各所述信号衰减模块的第一端连接所述第一信号混频模块的输出端或连接前一级信号放大模块的输出端，所述信号衰减模块的第二端连接后一级信号放大模块的输入端。

4.根据权利要求3所述的信号处理装置，其特征在于，所述信号衰减模块包括第一端串联连接的第一衰减单元和第二衰减单元；

所述第一衰减单元的第二端连接所述第一信号混频模块的输出端或前一级信号放大模块的输出端；

所述第二衰减单元的第二端连接后一级信号放大模块的输入端；

其中，所述第一衰减单元的衰减值可调。

5.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述第一PCB上还集成有第一开关模块，所述第一开关模块的不动端连接所述第一信号放大链路的输出端，所述第一开关模块的动端连接信号输出端口或测试端口。

6.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述第二PCB上还集成有第二信号混频模块，所述第二信号混频模块的第一端连接所述第二信号放大链路的输出端，所述第二信号混频模块的第二端输出混频后的携带量子态信息的中频信号。

7.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，所述第二PCB上还集成有功率检测模块，所述功率检测模块依据信号输入端口接收的微波信号的功率控制所述开关连通一条信号放大路径至信号输出端口。

8.根据权利要求7所述的信号处理装置，其特征在于，所述第二信号放大链路包括依次串联连接的多级信号放大模块、以及若干个第二开关模块；所述第二开关模块用于连通所述功率检测模块与所述信号输出端口；或

用于连通所述功率检测模块与各所述信号放大模块的输入端；或

用于连通相邻所述信号放大模块的输入端和输出端；或

用于连通各所述信号放大模块的输出端与所述信号输出端口。

9.根据权利要求8所述的信号处理装置，其特征在于，所述第二开关模块包括第一开关单元、第二开关单元、以及第三开关单元；

所述第一开关单元用于连通所述功率检测模块与第一级所述信号放大模块的输入端或用于连通所述功率检测模块与所述第三开关单元；

所述第二开关单元用于连通前一级所述信号放大模块的输出端与后一级所述信号放大模块的输入端或用于连通前一级所述信号放大模块的输出端与所述第三开关单元；

所述第三开关单元用于连通最后一级所述信号放大模块的输出端与所述信号输出端口或用于连通所述第一开关单元与所述信号输出端口或用于连通所述第二开关单元与所述信号输出端口。

10.根据权利要求9所述的信号处理装置，其特征在于，所述第一开关单元、所述第二开关单元、以及所述第三开关单元均包括若干个单刀多掷开关。

11.根据权利要求3或8任一项所述的信号处理装置，其特征在于，还包括位于所述第一空腔和所述第二空腔的若干个隔断，所述隔断用于隔离各级所述信号放大模块。

12.根据权利要求11所述的信号处理装置，其特征在于，所述隔断包括长条形隔断、U形隔断、L形隔断、Y形隔断、梯形隔断、弧形隔断、组合隔断中的一种或多种，其中，所述组合隔断为长条形隔断、U形隔断、L形隔断、Y形隔断、梯形隔断、弧形隔断中的至少两种组合在一起形成的隔断。

13.一种量子控制系统，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的信号处理装置。

14.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求13所述的量子控制系统以及量子处理器，所述量子处理器接收所述量子控制系统输出的携带编码信息的微波信号执行量子运算，并输出运算后携带量子态信息的微波信号至所述量子控制系统。