CN116048188A - 用于控制超导量子芯片波形的芯片和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及超导量子芯片控制领域，公开了一种用于控制超导量子芯片波形的芯片，包括波形存储模组，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；与波形存储模组连接的控制模组，用于解析超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于基础波形数据组合出超导量子芯片所需的微波波形数据；与控制模组连接的波形发生模组，用于将微波波形数据转换为超导量子芯片所需的微波波形，并输出微波波形。本申请用于控制超导量子芯片波形的芯片包括波形存储模组、控制模组和波形发生模组，通过该专门的芯片来产生控制超导量子芯片波形，避免采用现有的仪器设备来实现，降低功耗和成本，简化结构组成，同时提升集成度，缩小体积。
Description
技术领域
本申请涉及超导量子芯片控制领域，特别是涉及一种用于控制超导量子芯片波形的芯片和系统、超导量子芯片控制系统。
背景技术
超导量子芯片是超导量子计算中的物理载体，超导量子芯片上通常会集成多个超导量子比特，将量子信息编码在量子比特上，通过操控量子比特来实现特定的量子任务。
超导量子芯片在超导量子计算中工作在超低温环境下，依靠微波信号操控超导量子芯片工作。目前在对超导量子芯片进行控制时，通过使用传统微波本振源配合任意波形发生器设备或者基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）研发的任意波形发生器及混频设备来实现对超量子芯片的控制需求。由于目前使用的这些仪器设备并不是针对超导量子芯片专门研发的，只是借助这些传统仪器设备的部分功能，使得目前的控制设备存在总的功耗高、总的成本高，控制设备整体的体积也比较大。并且，随着超导量子芯片比特数量的增加，会使得目前的控制设备的功耗、成本更高、体积更大。
因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。
发明内容
本申请的目的是提供一种用于控制超导量子芯片波形的芯片和系统、超导量子芯片控制系统，以提升系统集成度，简化系统组成，降低系统功耗，减小系统体积。
为解决上述技术问题，本申请提供一种用于控制超导量子芯片波形的芯片，包括：
波形存储模组，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组连接的控制模组，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组连接的波形发生模组，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形，所述微波波形的频率满足所述超导量子芯片所需的频率。
可选的，所述波形发生模组包括：
波形转换单元和波形调制单元，其中，所述波形转换单元与所述控制模组连接，所述波形调制单元与所述波形转换单元连接，所述波形转换单元用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，所述波形调制单元用于调整所述微波波形的频率。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片还包括：
与所述控制模组连接的指令传输模组，用于接收所述超导量子芯片波形控制指令，并将所述波形控制指令传输至所述控制模组。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述指令传输模组包括网络接口。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述网络接口包括AUI接口、BNC接口、Console接口。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述指令传输模组包括无线接收模组。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述无线接收模组包括蓝牙模组、WiFi模组、LoRa模组。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片还包括：
时钟模组，用于为所述用于控制超导量子芯片波形的芯片提供时钟。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述波形发生模组和所述波形存储模组的数量相等，且数量均在两个以上。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片还包括：
与所述控制模组、所述波形发生模组连接的输出信号同步模组，用于控制各个所述波形发生模组同步输出所述微波波形。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述波形发生模组的数量为12个。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片还包括：
与所述控制模组连接的内存，用于存储所述微波波形、所述解析后波形控制指令。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述控制模组包括微处理器。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述波形转换单元包括数字模拟转换器。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片中，所述波形调制单元包括混频及数字变频器。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片还包括：
与所述控制模组连接的外部存储单元接口。
可选的，所述用于控制超导量子芯片波形的芯片还包括：
与所述外部存储单元接口连接的外部存储单元。
本申请还提供一种用于控制超导量子芯片波形的系统，包括：
上述任一种所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片；
与所述芯片连接的服务器，用于向所述芯片发送波形控制指令。
本申请还提供一种超导量子芯片控制系统，包括：
上述所述的用于控制超导量子芯片波形的系统；
与用于控制超导量子芯片波形的芯片连接的超导量子芯片。
本申请所提供的一种用于控制超导量子芯片波形的芯片，包括：波形存储模组，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；与所述波形存储模组连接的控制模组，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；与所述控制模组连接的波形发生模组，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形，所述微波波形的频率满足所述超导量子芯片所需的频率。
可见，本申请中的用于控制超导量子芯片波形的芯片包括波形存储模组、控制模组和波形发生模组。波形存储模组中存储有超导量子芯片所需的所有基础波形数据，控制模组对超导量子芯片的波形控制指令进行解析，从而确定超导量子芯片所需的微波波形，进而根据基础波形数据进行组合得到对应的微波波形数据，波形发生模组再将微波波形数据转换成微波波形。所以，本申请通过该专门的芯片来实现对超导量子芯片波形的控制，避免采用现有的仪器设备来实现，降低功耗和成本，简化结构组成，同时提升集成度，缩小体积。
此外，本申请还提供一种具有上述优点的用于控制超导量子芯片波形的系统以及超导量子系统。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图6为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图7为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图8为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图9为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的芯片的结构示意图；
图10为本申请实施例所提供的一种用于控制超导量子芯片波形的系统的结构示意图；
图11为本申请实施例所提供的另一种用于控制超导量子芯片波形的系统的结构示意图；
图12为本申请实施例所提供的一种超导量子系统的结构示意图；
图中，1、用于控制超导量子芯片波形的芯片，11、控制模组，12、波形存储模组，13、波形发生模组，131、波形转换单元，132、波形调制单元，15、指令传输模组，16、时钟模组，17、输出信号同步模组，18、内存，19、外部存储单元接口，110、外部存储单元，2、服务器，3、交换机4、超导量子芯片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，目前在对超导量子芯片进行控制时，通过使用传统微波本振源配合基于FPGA研发的任意波形发生器及混频设备来实现对超量子芯片的控制需求。由于只是借助这些传统仪器设备的部分功能，使得目前的控制设备存在总的功耗高、总的成本高，控制设备整体的体积也比较大。并且，随着超导量子芯片比特数量的增加，会使得目前的控制设备的功耗、成本更高、体积更大。
有鉴于此，本申请提供了一种用于控制超导量子芯片波形的芯片1，请参考图1，包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形，所述微波波形的频率满足所述超导量子芯片所需的频率。
本申请中用于控制超导量子芯片波形的芯片1为控制超导量子芯片微波信号的专用芯片1，可以为SOC（System on a Chip，系统级芯片1，或者，片上系统）芯片。SOC芯片是一种集成电路的芯片，可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。
SOC芯片的特性包括：第一，实现复杂系统功能的超大规模集成电路（Very LargeScale Integration，简称VLSI）；第二，采用超深亚微米（Very Deep Sub-Micron，简称VDSM）、纳米集成电路工艺技术；第三，使用一个以上嵌入式CPU（Central ProcessingUnit，中央处理器）或者数字信号处理器（digital singnal processor，简称DSP），第四，外部可以对SOC芯片进行编程。
波形存储模组12中存储有超导量子芯片所需的所有基础波形数据，波形存储模组12中的基础波形数据通过外部服务器通过网络将基础波形数据一次性下发并存储在波形存储模组12中。波形存储模组12中基础波形数据根据超导量子芯片工作需求进行存储，并且可以根据超导量子芯片工作需求进行固化。
基础波形数据的作用是用于组合成超导量子芯片所需的微波波形数据。
需要指出的是，本申请中对波形存储模组12的类型不做限定，满足可以存储超导量子芯片所需的所有基础波形数据即可。
外部服务器将超导量子芯片的波形控制指令发送至控制模组11，控制模组11的作用是对接收到的超导量子芯片的波形控制指令进行解析，得到解析后波形控制指令，从而确定出超导量子芯片所需的微波波形。然后利用波形存储模组12中存储的超导量子芯片所需的基础波形数据进行组合，进而得到超导量子芯片所需的微波波形数据。
需要说明的是，本申请中对组合超导量子芯片所需的微波波形数据时，所利用的基础波形数据的数量不做具体限定，视情况而定。
还需要说明的是，本申请中对控制模组11的类型不做限定，可自行设置。
作为一种可实施方式，所述控制模组11可以为微处理器。微处理器是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器又称为中央处理器，是一种多功能的，时钟驱动的，基于寄存器的数字集成电路，它接受二进制数据作为输入，根据存储在其存储器中的指令对其进行处理，并提供结果（也采用二进制形式）作为输出。微处理器包含组合逻辑和顺序数字逻辑。微处理器可以对二进制数字系统中表示的数字和符号进行操作。
由于控制模组11中对基础波形数据进行组合后得到的是超导量子芯片所需的微波波形数据，并不是微波波形，因此，芯片1中设置波形发生模组13，对控制模组11组合后的微波波形数据进行转换，转换成超导量子芯片所需的微波波形，并将转换后的微波波形进行输出。
需要说明的是，本申请中对波形转换单元131的类型不做限定，满足可以将控制模组11组合后的微波波形数据转换为微波波形即可。
可选的，作为一种可实施方式，所述波形转换单元131可以为数字模拟转换器（Digital to analog converter，简称DAC）。数字模拟转换器又称数模转换器、D/A转换器，是一种将模拟信号转换成数字信号的电子元件。数字模拟转换器基本上由4个部分组成，包括权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。
数字模拟转换器进行模数转换时一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。采样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输。
超导量子芯片的频率比较高，一般在4 GS/s以上，大部分在4 GS/s ~ 8 GS/s之间。本申请中对波形发生模组13的采样频率不低于所述超导量子芯片的所需频率，例如，波形发生单元可以为采样频率在4 GS/s以上的高速数字模拟转换器，此时，数字模拟转换器转换的微波波形满足超导量子芯片所需的频率要求，因此，数字模拟转换器可以直接将转换的微波波形输出至超导量子芯片。在本申请其他实施例中，波形发生单元的采样频率也可以低于超导量子芯片所需的频率要求，此时需要设置其他波形调制单元，以使微波波形满足超导量子芯片所需的频率要求，具体在下述实施例中进行阐述。
波形发生模组13和波形存储模组12的数量相等，本申请中对波形发生模组13和波形存储模组12的数量不做限定，视情况而定。例如，波形发生模组13和波形存储模组12的数量可以均为一个，此时，用于控制超导量子芯片波形的芯片1可以输出一个微波波形。或者，所述波形发生模组13和所述波形存储模组12的数量相等，且数量均在两个以上。此时，用于控制超导量子芯片波形的芯片1输出的微波波形的数量与波形存储模组12的数量相等。
可选的，所述波形发生模组13的数量为12个，即，波形存储模组12的数量也为12个，相应的，用于控制超导量子芯片波形的芯片1输出的微波波形的数量也为12个。一个波形存储模组12和一个波形发生模组13形成一个采样通路。当然，波形存储模组12和波形发生模组13的数量还可以为8个、10个、11个等等，根据需要设置相应的数量即可。
本申请中的用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括波形存储模组12、控制模组11和波形发生模组13。波形存储模组12中存储有超导量子芯片所需的所有基础波形数据，控制模组11对超导量子芯片的波形控制指令进行解析，从而确定超导量子芯片所需的微波波形，进而根据基础波形数据进行组合得到对应的微波波形数据，波形发生模组13再将微波波形数据转换成微波波形。所以，本申请通过该专门的芯片1来实现对超导量子芯片波形的控制，避免采用现有的仪器设备来实现，降低功耗和成本，简化结构组成，同时提升集成度，缩小体积。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图2，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
其中，所述波形发生模组包括：波形转换单元131和波形调制单元132，其中，所述波形转换单元131与所述控制模组11连接，所述波形调制单元132与所述波形转换单元131连接，所述波形转换单元131用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，所述波形调制单元132用于调整所述微波波形的频率。
本实施例中波形发生模组13包括：波形转换单元131和波形调制单元132，波形调制单元13214的作用是对波形转换单元131输出的微波波形进行调制。经过波形调制单元132的调制后，可以满足所述超导量子芯片的频率要求。
需要指出的是，本申请中对波形调制单元132的种类不做具体限定，视情况而定。
可选的，作为一种可实施方式，所述波形调制单元可以为混频及数字变频器。
混频及数字变频器可以实现微波波形数据的混频或者变频。其中，混频指把两个不同的频率信号混合，得到第三个频率。数字电路中最简单的混频便是两个信号做乘法，可以得到它们的和频信号与差频信号。数字混频在通信的调制、解调、DUC（Digital UpConverter，数字上变频）、DDC（Digital Down Converter，数字下变频）等系统中应用广泛。通常把其中一个信号称为本振信号（local oscillator），另一个信号称为混频器的输入信号。本申请中主要是针对波形发生模组13输出的微波波形不满足超导量子芯片频率要求的情况，因此主要进行数字上变频。
变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。
混频及数字变频器与波形转换单元131的数量相等，即，当波形发生模组13和波形存储模组12的数量均为一个时，混频及数字变频器的数量和波形转换单元131也为一个；当波形发生模组13和波形存储模组12的数量均为N（N≥2）个时，混频及数字变频器和波形转换单元131的数量也为N个。一个波形存储模组12、一个波形发生模组13和一个波形调制模组14形成一个采样通路。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图3，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
与所述控制模组11连接的指令传输模组15，用于接收所述超导量子芯片波形控制指令，并将所述波形控制指令传输至所述控制模组11。
指令传输模组15与控制模组11连接，将用于控制超导量子芯片波形的芯片1外部的服务器发送的波形控制指令传输至控制模组11中，以便控制模组11对波形控制指令进行解析，并组合出超导量子芯片所需的微波波形数据。
可选的，在本申请的一个实施例中，所述指令传输模组15包括网络接口。但是，本申请对此并不做具体限定，在本申请的其他实施例中，所述指令传输模组15包括无线接收模组。
网络接口为有线接口，现今正在使用的网络接口都为以太网接口。需要指出的是，本申请中对网络接口的类型不做限定，视情况而定。例如，所述网络接口包括但不限于AUI接口、BNC接口、Console接口、RJ 45接口、RJ 11接口、SC光纤接口、FDDI接口中的任一种或者任意组合。
AUI接口（Attachment Unit Interface，连接单元接口，或者附加单元接口）是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种“D”型15针接口。
BNC（Bayonet Nut Connector，卡扣配合型连接器）接口，是一种用于同轴电缆的连接器，由于同轴电缆是一种屏蔽电缆，有传送距离长、信号稳定的优点，因此，BNC接口的应用仍然被大量用于通信系统中。
RJ 45接口类型较多，主要是按照线缆标准进行划分，常见的包括3类、超5类、6类、超六类等。RJ 45接口根据线的排序不同的法有两种，一种是橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕；另一种是绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。因此使用RJ 45接头的线也有两种即：直通线、交叉线。
RJ 11接口是最常见的一种接口，RJ 11接口在末端有六对铜线接头，由不同的颜色指示，通常只有四对铜线会被使用。四对被使用的铜线通常由黑色，白色，红色和绿色指示。黑色和白色两对铜线在正常情况下供低伏信号通过，红色和绿色两对铜线主要用于数据的传输。
SC（Square Connector，方形连接器）光纤接口：模塑插拔耦合式单模光纤连接器，其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。
FDDI接口（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）是一种以光纤作为传输介质的高速主干网。FDDI接口实质上FDDI由四个子部分组成，每部分具有各自特定的功能，各部分合起来使得FDDI接口能够在上层协议（如TCP/IP、IPX）和介质（如光缆）间提供高速连接。
需要指出的是，本申请中对无线接收模组的类型不做限定，视情况而定。例如，所述无线接收模组包括但不限于蓝牙模组、WiFi模组、LoRa模组中的任一种或者任意组合。
LoRa（Long Range Radio，远距离无线电）模组在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3至5倍。LoRa模组是一种基于扩频的远距离无线通信系统。该技术使用直接序列扩频，提供高接收灵敏度和强大的抗干扰性，同时满足低功耗要求。
目前的LoRa模组是主要有以下特点：第一，强大的抗干扰性和高度的敏感性：LoRa无线模块的诸多优势在于其卓越的抗干扰能力。与标准的GFSK和FSK模块相比，它可以大大减少所需的网关数量，实现更高的渗透率。以及建筑材料的价格。第二，传输范围广：LoRa模块的开放传输距离超过5000米，可以解决低功耗和长距离的双重问题。第三，功耗低。
采用网络接口的有线传输方式比无线传输方式的传输距离更远，因此，可以根据用于控制超导量子芯片波形的芯片1与外部的服务器之间的通信距离选择合适的指令传输模组15。例如，当外部的服务器位于云端时，指令传输模组15选择网络接口。
需要指出的是，指令传输模组15还可以同时包括网络接口和无线传输模组，可以根据不同的通信距离切换合适的指令传输模组15。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图4，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
时钟模组16，用于为所述用于控制超导量子芯片波形的芯片1提供时钟。
在本实施例中，时钟模组16的作用是为波形存储模组12、控制模组11和波形发生模组13提供基础时钟，时钟模组16是波形存储模组12、控制模组11和波形发生模组13共享的，不允许随意调节。
无论波形发生模组13和波形存储模组12的数量有多少个，时钟模组16的数量均可以为一个。例如，当波形发生模组13和波形存储模组12的数量均为一个时，时钟模组16的数量为一个；当波形发生模组13和波形存储模组12的数量均为12个时，时钟模组16的数量为一个。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图5，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
时钟模组16，用于为所述用于控制超导量子芯片波形的芯片1提供时钟；
与所述控制模组11、所述波形发生模组13连接的输出信号同步模组17，用于控制各个所述波形发生模组13同步输出所述微波波形；
其中，所述波形发生模组13和所述波形存储模组12的数量相等，且数量均在两个以上。
本实施例中波形发生模组13和波形存储模组12的数量具在两个以上，即本实施例中用于控制超导量子芯片波形的芯片1具有两路以上的采用通路，也即本实施例中用于控制超导量子芯片波形的芯片1可以输出两个以上的微波波形。本实施例中通过设置输出信号同步模组17，可以使得用于控制超导量子芯片波形的芯片1中形成的多路微波波形同步输出，以满足超导量子芯片对多路微波波形同步输入的需求。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13、时钟模组16的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图6，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
与所述控制模组11连接的内存18，用于存储所述微波波形、所述解析后波形控制指令。
内存18又称主存，一般采用半导体存储单元，包括但不限于随机存储器（randomaccess memory，简称RAM），只读存储器（Read Only Memory，简称ROM），以及高速缓存（CACHE）、同步动态随机存取内存(synchronous dynamic random-access memory，简称SDRAM)。随机存储器是其中最重要的存储器。
本实施例中在用于控制超导量子芯片波形的芯片1中设置内存18，内存18可以暂时保存基础波形数据、控制模组11组合后的微波波形数据对应的微波波形、控制模组11解析波形控制指令后得到的解析后波形控制指令等一些关键数据。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图7，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
与所述控制模组11连接的外部存储单元接口19。
外部存储单元接口19的作用是将用于控制超导量子芯片波形的芯片1与外部存储单元110进行连接。本申请中对外部存储单元接口19的类型不做限定，只要起到连接用于控制超导量子芯片波形的芯片1与外部存储单元110的作用即可。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参考图8，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；
与所述控制模组11连接的外部存储单元接口19；
与所述外部存储单元接口19连接的外部存储单元110。
外部存储单元110的作用是存储基础波形数据、控制模组11组合后的微波波形数据对应的微波波形、控制模组11解析波形控制指令后得到的解析后波形控制指令等一些关键数据，外部存储单元110中保存的数据具有掉电不丢失的特点，便于后续对存储的关键数据进行查询。
本实施例中关于波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13、外部存储单元接口19的阐述，请参考上述实施中的内容，此处不再详细赘述。
下面以一具体情况对本申请中的用于控制超导量子芯片波形的芯片1进行介绍，请参考图9，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括：
波形存储模组12，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组12连接的控制模组11，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组11连接的波形发生模组13，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形；其中，波形发生模组13包括波形转换单元131和波形调制单元132；
与所述控制模组11连接的指令传输模组15，用于接收所述超导量子芯片波形控制指令，并将所述波形控制指令传输至所述控制模组11。
指令传输模组15与控制模组11连接，将用于控制超导量子芯片波形的芯片1外部的服务器发送的波形控制指令传输至控制模组11中，以便控制模组11对波形控制指令进行解析，并组合出超导量子芯片所需的微波波形数据；
时钟模组16，用于为所述用于控制超导量子芯片波形的芯片1提供时钟；
与所述控制模组11、所述波形发生模组13连接的输出信号同步模组17，用于控制各个所述波形发生模组13同步输出所述微波波形；
与所述控制模组11连接的内存18，用于存储所述微波波形、所述解析后波形控制指令；
与所述控制模组11连接的外部存储单元接口19；
与所述外部存储单元接口19连接的外部存储单元110；
其中，波形发生模组13、波形存储模组12、波形调制模组14的数量相等，为12个。
当用于控制超导量子芯片波形的芯片1上电后，波形存储模组12、控制模组11、波形发生模组13、波形调制模组14、指令传输模组15、时钟模组16、输出信号同步模组17、内存18、外部存储单元接口19初始化。
本申请还提供一种用于控制超导量子芯片波形的系统，请参考图10，该系统包括：
上述任一实施例所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片1；
与所述芯片1连接的服务器2，用于向所述芯片1发送波形控制指令。
服务器2向芯片1发送超导量子芯片所需微波波形的波形控制指令，该波形控制指令可以通过芯片1内的指令传输模组15传输至控制模组11中。控制模组11对波形控制指令进行解析，得到解析后波形控制指令，进而根据解析后波形控制指令基于基础波形数据进行组合，得到超导量子芯片所需的微波波形数据。波形发生模组13将微波波形数据转换为超导量子芯片所需的微波波形。
需要说明的是，本实施例中对用于控制超导量子芯片波形的芯片1的数量不做限定，根据超导量子芯片比特（bite）数量和单个用于控制超导量子芯片波形的芯片1可以满足的比特数量而定。用于控制超导量子芯片波形的芯片1的数量等于超导量子芯片比特数量除以单个用于控制超导量子芯片波形的芯片1可以满足的比特数量。例如，超导量子芯片比特数量为一百个，单个用于控制超导量子芯片波形的芯片1可以满足十个比特的需求，则需要在用于控制超导量子芯片波形的系统中设置十个用于控制超导量子芯片波形的芯片1；超导量子芯片比特数量为一百二十个，单个用于控制超导量子芯片波形的芯片1可以满足二十个比特的需求，则需要在用于控制超导量子芯片波形的系统中设置六个用于控制超导量子芯片波形的芯片1。
当用于控制超导量子芯片波形的系统中包括两个以上用于控制超导量子芯片波形的芯片1时，服务器2通过制定的协议与用于控制超导量子芯片波形的芯片1进行通信，控制不同用于控制超导量子芯片波形的芯片1产生超导量子芯片工作所需控制微波信号。即服务器2通过制定的协议控制哪一个用于控制超导量子芯片波形的芯片1输出超导量子芯片工作所需的微波波形。
本申请中用于控制超导量子芯片波形的系统包括用于控制超导量子芯片波形的芯片1和服务器2，其中，用于控制超导量子芯片波形的芯片1包括波形存储模组12、控制模组11和波形发生模组13。波形存储模组12中存储有超导量子芯片所需的所有基础波形数据，控制模组11对超导量子芯片的波形控制指令进行解析，从而确定超导量子芯片所需的微波波形，进而根据基础波形数据进行组合得到对应的微波波形数据，波形发生模组13再将微波波形数据转换成微波波形。所以，本申请通过该专门的芯片1来实现对超导量子芯片波形的控制，避免采用现有的仪器设备来实现，降低功耗和成本，简化结构组成，同时提升集成度，缩小体积。在专用信号发生领域，用于控制超导量子芯片波形的芯片1根据外部服务器2发送的命令实现所需高频信号的产生及调制，大大简化了信号产生的链路。
可选的，在本申请的一个实施例中，如图11所示，控制超导量子芯片波形的系统还可以包括分别与服务器2和用于控制超导量子芯片波形的芯片1连接的交换机3，交换机3与服务器2之间可以通过网络接口连接，交换机3与用于控制超导量子芯片波形的芯片1之间也可以通过网络接口连接。
本实施例中交换机3与服务器2之间的网络接口包括但不限于AUI接口、BNC接口、Console接口、RJ 45接口、RJ 11接口、SC光纤接口、FDDI接口。
交换机3与用于控制超导量子芯片波形的芯片1之间的网络接口包括但不限于AUI接口、BNC接口、Console接口、RJ 45接口、RJ 11接口、SC光纤接口、FDDI接口。
本申请还提供一种超导量子芯片控制系统，请参考图12，该超导量子芯片控制系统包括：
上述实施例所述的用于控制超导量子芯片波形的系统；
与用于控制超导量子芯片波形的芯片1连接的超导量子芯片4。
用于控制超导量子芯片4波形的系统中包括用于控制超导量子芯片4波形的芯片1、与芯片1连接的服务器，或者，包括用于控制超导量子芯片4波形的芯片1、与芯片1连接的服务器以及与用于控制超导量子芯片4波形的芯片1、服务器连接的交换机。
本申请中超导量子系统包括超导量子芯片4和用于控制超导量子芯片4波形的系统，用于控制超导量子芯片4波形的系统中包括用于控制超导量子芯片4波形的芯片1，用于控制超导量子芯片4波形的芯片1包括波形存储模组12、控制模组11和波形发生模组13。波形存储模组12中存储有超导量子芯片4所需的所有基础波形数据，控制模组11对超导量子芯片4的波形控制指令进行解析，从而确定超导量子芯片4所需的微波波形，进而根据基础波形数据进行组合得到对应的微波波形数据，波形发生模组13再将微波波形数据转换成微波波形。所以，本申请通过该专门的芯片1来实现对超导量子芯片4波形的控制，避免采用现有的仪器设备来实现，降低功耗和成本，简化结构组成，同时提升集成度，缩小体积。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本申请所提供的用于控制超导量子芯片波形的芯片和系统、超导量子芯片控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (19)
1.一种用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，包括：
波形存储模组，用于存储超导量子芯片所需的基础波形数据；
与所述波形存储模组连接的控制模组，用于解析所述超导量子芯片波形控制指令，并根据解析后波形控制指令、基于所述基础波形数据组合出所述超导量子芯片所需的微波波形数据；
与所述控制模组连接的波形发生模组，用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，并输出所述微波波形，所述微波波形的频率满足所述超导量子芯片所需的频率。
2.如权利要求1所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述波形发生模组包括：
波形转换单元和波形调制单元，其中，所述波形转换单元与所述控制模组连接，所述波形调制单元与所述波形转换单元连接，所述波形转换单元用于将所述微波波形数据转换为所述超导量子芯片所需的微波波形，所述波形调制单元用于调整所述微波波形的频率。
3.如权利要求1所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，还包括：
与所述控制模组连接的指令传输模组，用于接收所述超导量子芯片波形控制指令，并将所述波形控制指令传输至所述控制模组。
4.如权利要求3所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述指令传输模组包括网络接口。
5.如权利要求4所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述网络接口包括AUI接口、BNC接口、Console接口。
6.如权利要求3所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述指令传输模组包括无线接收模组。
7.如权利要求6所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述无线接收模组包括蓝牙模组、WiFi模组、LoRa模组。
8.如权利要求1所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，还包括：
时钟模组，用于为所述用于控制超导量子芯片波形的芯片提供时钟。
9.如权利要求8所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述波形发生模组和所述波形存储模组的数量相等，且数量均在两个以上。
10.如权利要求9所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，还包括：
与所述控制模组、所述波形发生模组连接的输出信号同步模组，用于控制各个所述波形发生模组同步输出所述微波波形。
11.如权利要求9所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述波形发生模组的数量为12个。
12.如权利要求1所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，还包括：
与所述控制模组连接的内存，用于存储所述微波波形、所述解析后波形控制指令。
13.如权利要求1所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述控制模组包括微处理器。
14.如权利要求2所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述波形转换单元包括数字模拟转换器。
15.如权利要求2所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，所述波形调制单元包括混频及数字变频器。
16.如权利要求1所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，还包括：
与所述控制模组连接的外部存储单元接口。
17.如权利要求16所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片，其特征在于，还包括：
与所述外部存储单元接口连接的外部存储单元。
18.一种用于控制超导量子芯片波形的系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至17任一项所述的用于控制超导量子芯片波形的芯片；
与所述芯片连接的服务器，用于向所述芯片发送波形控制指令。
19.一种超导量子芯片控制系统，其特征在于，包括：
如权利要求18所述的用于控制超导量子芯片波形的系统；
与用于控制超导量子芯片波形的芯片连接的超导量子芯片。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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