CN116070705A - 超导量子比特耦合方法和装置、电子设备、计算机介质 - Google Patents

超导量子比特耦合方法和装置、电子设备、计算机介质 Download PDF

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CN116070705A CN202310107089.0A CN202310107089A CN116070705A CN 116070705 A CN116070705 A CN 116070705A CN 202310107089 A CN202310107089 A CN 202310107089A CN 116070705 A CN116070705 A CN 116070705A
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Abstract

本公开提供了一种超导量子比特耦合方法和装置，涉及超导量子芯片技术领域。具体实现方案为：确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率；基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图；基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。该实施方式提高了读取腔设计效率。

Description

超导量子比特耦合方法和装置、电子设备、计算机介质
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域，具体涉及超导量子芯片技术领域，尤其涉及一种超导量子比特耦合方法和装置、电子设备、计算机可读介质以及计算机程序产品。
背景技术
量子芯片作为量子计算的心脏，占据相当重要的位置。超导量子芯片设计中的核心部分包括量子比特与读取腔的设计。其中量子比特作为量子计算一个单元，而读取腔则是另一个重要单元，用来间接读取量子比特的状态。读取腔的主要设计指标有读取腔自身的频率、读取腔的品质因子以及读取腔与量子比特的耦合强度。对于读取腔与量子比特的耦合，耦合太弱则影响量子比特的读取效率，耦合太强则给量子比特带来更多噪声。
目前业界对读取耦合端口的设计通常当作黑盒子，需要首先设计出一个初版完整的量子比特与读取腔的版图，再通过电磁仿真方法计算得到量子比特与读取腔之间的耦合强度，根据与目标耦合强度的差异进行读取耦合端口的迭代设计，此种方法在量子芯片设计阶段中实际效率非常低下。
发明内容
提供了一种超导量子比特耦合方法和装置、电子设备、计算机可读介质以及计算机程序产品。
根据第一方面，提供了一种超导量子比特耦合方法，该方法包括：确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率；基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
根据第二方面，提供了一种超导量子比特耦合装置，该装置包括：确定单元，被配置成确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率；初始化单元，被配置成基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；计算单元，被配置成基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；生成单元，被配置成响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
根据第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：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，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如第一方面任一实现方式描述的方法。
根据第四方面，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，计算机指令用于使计算机执行如第一方面任一实现方式描述的方法。
根据第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现如第一方面任一实现方式描述的方法。
本公开的实施例提供的超导量子比特耦合方法和装置，首先，确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率；其次，基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；再次，基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；最后，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图，本公开只需关注反映量子比特与读取耦合端口之间位置关系的读取耦合端口构型版图，即可对待测耦合强度进行计算，无需完整地设计出整个读取腔的版图，极大地提供了读取腔的设计效率。
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是根据本公开超导量子比特耦合方法的一个实施例的流程图；
图2是本公开实施例中读取耦合端口构型版图的一种结构示意图；
图3是本公开实施例中完整版图的一种结构示意图；
图4是根据本公开超导量子比特耦合方法的另一个实施例的流程图；
图5是根据本公开超导量子比特耦合装置的实施例的结构示意图；
图6是用来实现本公开实施例的超导量子比特耦合方法的电子设备的框图。
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。
为了更好地理解本公开实施例所提供的方法，以下对本公开实施例所涉及的相关概念进行解释说明。
量子芯片，将量子线路集成在基片上，进而承载量子信息处理的功能。
随着经典摩尔定律极限的逐渐逼近，量子计算被认为是下一代的新型计算模式，有望在众多复杂问题中体现出比经典计算更强的算力，提供至多指数加速的求解效率提升。值得特别注意的是，量子应用的实现高度依赖于量子硬件的发展。在量子硬件的技术实现上，业界拥有若干种不同的技术方案，如超导电路、离子阱、半导体、光量子系统等。受益于良好的扩展性和成熟的半导体工艺，集成多个超导量子比特的超导量子芯片的设计、研发和制造具有非常重要的意义。量子计算领域的众多创新公司或研究机构都相继推出了自己的超导量子芯片。
近期，超导量子芯片上集成的量子比特数量越来越多，从几个、几十个增长至上百个、上千个，之后的目标要实现的是上百万个量子比特的集成。
超导量子芯片设计中的核心部分包括量子比特与读取腔的设计。其中量子比特作为量子计算单元，而读取腔则是另一个重要单元，用来间接读取量子比特的状态。读取腔的主要设计指标有读取腔自身的频率、读取腔的品质因子以及读取腔与量子比特的耦合强度。读取腔自身的频率与品质因子可以通过调节自身长度和与外界的耦合来调整。对于读取腔与量子比特的耦合，耦合太弱则影响量子比特的读取效率，耦合太强则给量子比特带来更多噪声从而影响量子比特的相干时间，因此需要对读取腔与量子比特的耦合端口进行精准的设计来实现特定的目标读取耦合强度。
图1示出了根据本公开超导量子比特耦合方法的一个实施例的流程100，上述超导量子比特耦合方法包括以下步骤：
步骤101，确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率。
本实施例中，超导量子芯片设计中的核心部分包括量子比特与读取腔的设计。其中精确设计量子比特的二能级结构作为量子计算单元，而读取腔则是另一重要组成，用来间接读取量子比特的状态。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两者之间的耦合强度。色散耦合需要量子比特与读取腔频率差大于1GHz，目标耦合强度通常在30-60MHz之间。
色散耦合会导致量子比特和读取腔之间产生色散平移，平移关系式如式(1)所示。
Figure BDA0004078293080000041
其中，在式(1)中，Δ是量子比特和读取腔的频率失谐量，g是量子比特与读取腔的耦合强度。χ是色散平移量，由式(1)可知，通过读取腔的状态变化即其色散平移量来间接获取量子比特的相关信息，从而实现对量子比特的状态读取。
本实施例中，在超导量子芯片设计方案中，具有量子比特的第一目标频率以及量子比特与目标读取腔的目标耦合强度，第二目标频率可以直接从超导量子芯片设计方案中读取得到，可选地，基于量子比特与目标读取腔的色散耦合的关系，第二目标频率还可以通过第一目标频率直接计算得出。
步骤102，基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图。
本实施例中，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图。
在设计目标读取腔时，目标读取腔一般采用标准阻抗的共面波导来实现，其中，在目标读取腔版图中，通过合理设计共面波导的中心导体宽度与中心导体宽度的两侧金属地宽度的比值，就可以保持目标读取腔的阻抗为标准阻抗。另外，对标准阻抗的读取腔，读取腔与量子比特的耦合互电容仅仅与邻近的耦合端口构型有关，为此，可以在不需要完整的读取腔的版图的基础，仅需读取腔与量子比特的读取耦合端口构型版图，就可以计算得到量子比特与目标读取腔的耦合强度，该耦合强度为未验证的耦合强度为待测耦合强度。
超导量子芯片中量子比特的构型有多种，多种构型包括：十字构型、对称式米子构型、类十字构型、共面平行板构型等；其中，十字构型通过十字型电容与超导约瑟夫森结相连得到，如图2所示，十字状的构造为十字构型的量子比特，该量子比特的上端与控制线(用于操控量子比特)耦合，该量子比特的左端用来设置超导约瑟夫森结，该量子比特的右端与读取腔(又称读取谐振腔，用来读取量子比特的信息)耦合，该量子比特的下端可以与总线(用来实现不同量子比特之间的相互作用)耦合。对称式米子构型是通过对称式米子型电容器构成的量子比特，该对称式米子构型类似汉字“米”字，“米”字中的正十字和斜十字各自具有相等的边长，因此整体是对称式的。类十字构型是在十字型量子比特的基础上，添加了部分结构得到，类十字构型的量子比特是为了应用超导量子比特和芯片线路分布在不同层的芯片结构。共面平行板构型的电容器是由两块共面平行板构成，两块板的中间利用超导约瑟夫森结进行连接构成量子比特。
本实施例中，在超导量子芯片设计方案中，具有量子比特的构型要求以及量子比特与目标读取腔的位置关系，可以直接从超导量子芯片中读取量子比特的构型以及量子比特与目标读取腔的位置关系，基于量子比特的构型，确定量子比特的具体形状；基于量子比特与目标读取腔的位置关系，确定量子比特与目标读取腔之间的读取耦合端口之间的第一位置关系，基于量子比特的形状以及第一位置关系，设计读取耦合端口构型版图。例如，如图1所示，初始化得到的读取耦合端口构型版图是一种采用叉指耦合的构型提升耦合强度的版图。
本实施例中，基于超导量子芯片设计方案中量子比特的构型和量子比特与目标读取腔的位置关系不同，还可以采用其他的构型方式(如插接耦合的构型)得到读取耦合端口构型版图。
步骤103，基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度。
本实施例中，上述步骤103包括：对读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，可以得到量子比特的量子比特自电容、量子比特与读取耦合端的耦合互电容以及读取耦合端的端口自电容，将各自比特自电容、耦合互电容、端口自电容、第一目标频率、第二目标频率带入待测强度公式，可以得到待测耦合强度，其中，待测强度公式用于表征各自比特自电容、耦合互电容、端口自电容、第一目标频率、第二目标频率五者与待测耦合强度之间的对应关系。本实施例中，待测强度公式是常规的通过自电容、耦合互电容以及频率计算耦合强度的公式，如式(2)所示，此处不再详细解释。
步骤104，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
本实施例中，由于目标耦合强度可以是预设的值，预设条件是为待测耦合强度设置，且与目标耦合强度相关的条件，预设条件用于判断待测耦合强度与目标耦合强度之间是否满足预设关系式，预设关系式中具有目标耦合强度的位置，在得到目标耦合强度，先将目标耦合强度输入预设关系式，生成目标关系式，例如，目标关系式为待测耦合强度与目标耦合强度的差小于等于预设目标值(预设目标值可以根据需求而调整，例如，预设目标值为0.1)。
本实施例中，待测耦合强度可以是每次迭代调整读取耦合端口构型版图计算得到的耦合强度，针对每次调整读取耦合端口构型版图计算得到的待测耦合强度，将该次的待测耦合强度输入目标关系式，判断目标关系式的是否成立，若目标关系式成立，确定该次得到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件。
本实施例中，上述基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图包括：基于第二目标频率，对读取耦合端口进行补全，可以生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
如图3所示是一种补全读取耦合端口后，包括量子比特征与目标读取腔Q的完整版图，在图3中，灰色阴影部分表示超导金属层，白色部分表示金属层被刻蚀的部分。左侧十字金属层结构为量子比特L的十字构型，右侧弯曲的蛇形结构为目标读取腔Q的构型，量子比特与目标读取腔近邻的叉指部分为读取耦合端口D，其余外侧大面积的阴影部分为接地金属层。器件与接地金属层之间存在刻蚀部分形成器件的自电容，器件之间形成耦合互电容。
本公开的实施例提供的超导量子比特耦合方法，在设计读取腔时，只关注读取腔与量子比特的耦合端口构型版图，在版图设计、仿真和迭代方面都得到了极大地简化，加速了整个读取耦合端口的设计、仿真流程，大幅减少迭代次数，高效地实现量子比特与读取腔的目标耦合强度，极大地提高了读取腔的设计效率。
本公开的实施例提供的超导量子比特耦合方法，首先，确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率；其次，基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；再次，基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；最后，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图，本公开只需关注反映量子比特与读取耦合端口之间位置关系的读取耦合端口构型版图，即可对待测耦合强度进行计算，无需完整地设计出整个读取腔的版图，极大地提供了读取腔的设计效率。
在本公开的一个实施例中，上述超导量子比特耦合方法还可以包括：响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口与量子比特之间的间距，得到新的读取耦合端口构型版图；采用新的读取耦合端口构型版图替换读取耦合端口构型版图；继续基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度，直至检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件为止。
本实施例中，读取耦合端口与量子比特之间的间距是指：量子比特征与耦合端口之间的实际距离，当读取耦合端口与量子比特之间的实际距离较大时，两者的耦合强度较小；当读取耦合端口与量子比特之间的实际距离较小时，两者的耦合强度较大。
本实施例中，在检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件之后，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
本实施例中，读取耦合端口构型版图可以对版图中读取耦合端口的规格或量子比特与读取耦合端口之间的间距进行多次调整之后得到的读取耦合端口。
本实施例提供的超导量子比特耦合方法，在检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件时，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口与量子比特之前的间距，使读取耦合端口与量子比特之间的间距发生改变，直至达到满足第二目标频率且目标耦合强度的目标读取腔，简化了版图设计、仿真，加速了目标读取腔的设计效率，为待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件提供了另一种可靠的实现的方式。
图4示出了根据本公开超导量子比特耦合方法的另一个实施例的流程400，上述超导量子比特耦合方法包括以下步骤：
步骤401，确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率，之后，执行步骤402。
步骤402，基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，之后，执行步骤403。
步骤403，基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度，之后，执行步骤404。
步骤404，检测待测耦合强度与目标耦合强度是否满足预设条件；若检测到满足预设条件，执行步骤405；若检测到不满足预设条件执行步骤407。
步骤405，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图，之后，执行步骤406。
应当理解，上述步骤401-步骤405中的操作和特征，分别与步骤101-104中的操作和特征相对应，因此，上述在步骤101-104中对于操作和特征的描述，同样适用于步骤401-步骤405，在此不再赘述。
可选地，针对图4所示的实施例，本公开提供的超导量子比特耦合方法还可以包括：对完整版图进行电磁仿真，得到量子比特的量子比特自电容、量子比特与目标读取腔的耦合互电容；基于量子比特自电容、耦合互电容、第一目标频率以及第二目标频率，计算得到计算耦合强度；响应于检测到计算耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，确定完整版图正确。
步骤406，退出。
步骤407，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图，之后，执行步骤408。
本实施例中，调整读取耦合端口的规格可以基于读取耦合端口的形状进行自适应调整，如图2所示，读取耦合端口的形状是叉指型，可以通过调整读取耦合端口的第一指部的长度a，得到新的读取耦合端口构型版图。
步骤408，采用新的读取耦合端口构型版图替换读取耦合端口构型版图，执行步骤403。
本实施例提供的超导量子比特耦合方法，在检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件时，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格，使读取耦合端口的形状发生改变，直至达到满足第二目标频率且目标耦合强度的目标读取腔，简化了版图设计、仿真，加速了目标读取腔的设计效率，为待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件提供了一种可靠的实现的方式。
本实施例中，基于读取耦合端口构型版图中量子比特与读取耦合端口的构型，在调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格时，可以调整读取耦合端口的不同区域的长度或宽度，在本实施例的一些可选实现方式中，读取耦合端口包括：叉指型的第一耦合端口，第一耦合端口包括：与量子比特的电容臂的长度方向平行的第一指部，电容臂用于与读取耦合端口耦合，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图包括：
响应于待测耦合强度与目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将第一指部的长度减小第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；响应于目标耦合强度与待测耦合强度的差值大于预设强度值，则将第一指部的长度增大第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
如图3中，读取耦合端口为叉指型的第一耦合端口，第一耦合端口包括第一指部，第一指部的长度为a。进一步，在图3中，第一耦合端口还可以包括：与量子比特的电容臂的宽度方向平行的第二指部，第二指部的宽度为b，通过调节第二指部的宽度也可以得到新的读取耦合端口构型。
本可选实现方式中，基于待测耦合强度与目标耦合强度对比，对读取耦合端口构型版图进行迭代。
本可选实现方式中，第一预设值、预设强度值可以基于设计精度而设置，例如，预设强度值为10％，第一预设值为10um。
本可选实现方式提供的调整读取耦合端口的规格的方法，在读取耦合端口是叉指构型，且读取耦合端口与量子比特的电容臂耦合时，调整读取耦合端口中与量子比特的电容臂的长度方向平行的第一指部，可以快速、方便地使得到的新的耦合端口接近第二目标频率，保证了读取耦合端口构型版图调整的效率。
在本实施例的一些可选实现方式中，读取耦合端口包括：叉指型的第二耦合端口，第二耦合端口包括：与量子比特的电容臂的宽度方向平行的第二指部，电容臂用于与读取耦合端口耦合，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图包括：响应于待测耦合强度与目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将第二指部的宽度减小第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；响应于目标耦合强度与待测耦合强度的差值大于预设强度值，则将第二指部的宽度增大第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。本实施例中，第二预设值与第二预设值无关。
本可选实现方式提供的调整读取耦合端口的规格的方法，在读取耦合端口是叉指构型，且读取耦合端口与量子比特的电容臂耦合时，调整读取耦合端口中与量子比特的电容臂的宽度方向平行的第二指部，可以快速、方便地使得到的新的耦合端口接近第二目标频率，保证了读取耦合端口构型版图调整的效率。
针对上述实施例，为了验证生成的完整版图的可靠性，在本公开的另一个实施例中，上述超导比特耦合方法还可以包括：对完整版图进行电磁仿真，得到量子比特的量子比特自电容、量子比特与目标读取腔的耦合互电容；基于量子比特自电容、耦合互电容、第一目标频率以及第二目标频率，计算得到计算耦合强度；响应于检测到计算耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，确定完整版图正确。
可选地，响应于检测到计算耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中量子比特与读取耦合端口的间距，得到新的读取耦合端口构型版图；基于新的读取耦合端口构型版图，计算待测耦合强度，在待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件时，生成新的完整版图。
可选地，响应于检测到计算耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图；基于新的读取耦合端口构型版图，计算待测耦合强度，在待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件时，生成新的完整版图。
本实施例中，基于新的读取耦合端口构型版图，计算待测耦合强度包括：将新的读取耦合端口构型版图、量子比特与读取耦合端口之间的尺寸参数输入仿真软件，得到仿真电容、仿真频率；基于仿真电容和仿真频率，计算得到待测耦合强度。
本实施例提供的超导比特耦合方法，对完整版图进行电磁仿真，计算得到计算耦合强度，响应于计算耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，确定完整版图正确，完整版图可以应用于量子芯片的实际生产，提高了目标读取腔得到的可靠性。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述基于量子比特自电容、耦合互电容、第一目标频率以及第二目标频率，计算得到计算耦合强度包括：
将量子比特自电容、耦合互电容、第一目标频率以及第二目标频率，带入读取腔阻抗耦合关系式，得到计算耦合强度；读取腔阻抗耦合关系式用于表征耦合互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与计算耦合强度之间的对应关系。
利用等效电路建模该芯片版图，量子比特与读取腔的耦合强度可以如式(2)所示：
Figure BDA0004078293080000121
在式(2)中，Cq和Cr分别为量子比特与读取腔的自电容，Cqr为量子比特与读取腔的耦合互电容。ωq和ωr分别为量子比特与读取腔的频率。在设计完成初版完整的量子比特与读取腔版图后，对该量子芯片版图进行电磁仿真即可得到量子比特与读取腔之间的自电容、互电容以及频率信息，带入上式(2)即可计算得到量子比特与读取腔之间的耦合强度。
读取腔通常采用50欧姆标准阻抗(Z0)的四分之一共面波导来实现，即
Figure BDA0004078293080000122
在式(3)中Zr为读取腔的阻抗，Z0＝50ohm为标准阻抗。将此关系式带入(2)式，得到
Figure BDA0004078293080000131
在式(4)中，将读取腔阻抗Zr替换成了标准50欧姆阻抗Z0。由上式(4)可以看出，读取耦合强度不再与读取腔的自电容Cr有显式的关系。事实上只要合理地设计共面波导的中心导体宽度与两侧金属地中任一侧宽度的比值，就可以保持读取腔的阻抗均匀保持在50欧姆。另外读取腔与量子比特的耦合互电容仅仅与近邻的耦合端口构型有关，因此无需完整的读取腔版图，只需读取腔与量子比特的耦合端口构型版图(如图2)，对其仿真即可得到耦合电容Cqr和比特自电容Cq，再加上预先设定的量子比特的第一目标频率与读取腔的第二目标频率，利用式(4)即可计算得到量子比特与读取腔的耦合强度。
本实施例中，读取腔阻抗耦合关系式可以采用式(4)所示的关系式(此时式(4)对应的读取腔是目标读取腔)进行计算，可以得到对应量子比特与读取腔的耦合强度的计算耦合强度。
本实施例提供的得到计算耦合强度的方法，在目标读取腔的阻抗为标准欧姆阻抗，且目标读取腔与量子比特直接耦合形成色散耦合关系(量子比特与目标读取腔的频率差远大于它们之间的耦合强度)时，通过读取腔阻抗耦合关系式即可计算得到算子比特与目标读取腔的计算耦合强度。为计算耦合强度的计算提供了一种可靠的计算方式。
本实施例的一些可选实现方式中，上述确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率包括：获取预先设置的量子比特的第一目标频率和目标耦合强度；基于第一目标频率以及目标耦合强度，计算得到第二目标频率。
本实施例中，上述第二目标频率可以是一个值，上述基于第一目标频率以及目标耦合强度，计算得到第二目标频率包括：基于色散耦合条件的原理，确定目标耦合强度的第一量级以及设定固定频率，其中设定固定频率的量级大于目标耦合强度的量级；将第一目标频率增加设定频率，得到第二目标频率。
例如，在一个具体示例中，若第一量级为MHz，则设定固定频率的量级为GHz，并且设定固定频率可以是大于1GHz的值。
可选地，上述第二目标频率还可以是多个值，上述基于第一目标频率以及目标耦合强度，计算得到第二目标频率包括：基于色散耦合条件的原理，确定目标耦合强度的第一量级以及递增频率间隔，其中递增频率间隔的量级与第一量级相同，且递增频率间隔的值大于目标耦合强度；将第一目标频率减去设定频率值，得到基础频率，将基础频率依次增加设定数目个递增频率间隔，其中，基础频率每增加一个递增频率间隔即为一个目标频率，并且基础频率增加设定数据个递增频率间隔的最终值小于一个第一目标频率的量级。
本实施例中，在量子比特与目标读取腔的频率差远大于两者之间的耦合强度时，通过对读取腔与量子比特的耦合端口进行精准的设计可以得到目标耦合强度，基于第一目标频率以及目标耦合强度，计算第二目标频率，为第二目标频率的得到提供了一种可靠地的实现方式。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述第二目标频率为多个，基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图包括：基于多个第二目标频率，确定多个读取耦合端口；基于量子比特的构型、量子比特与多个第二目标频率下目标读取腔的相对位置，初始化对应多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图；基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度包括：基于多个第二目标频率，得到中间频率；基于对应多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图、第一目标频率、中间频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度。
本可选实现方式中，上述基于多个第二目标频率，得到中间频率包括：对多个第二目标频率求平均，得到中间频率。
则上述基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度包括：将中间频率作为第二目标频率，基于对应多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；其中，本实施例的待测耦合强度可以作为多个读取耦合端口中各个读取耦合端口与量子比特的读取耦合端口构型版图的耦合强度。
本实施例中，针对多个第二目标频率中各个读取腔的第二目标频率，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于该第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和该目标读取腔的完整版图。
本实施例提供的初始化读取耦合端口构型版图的方法，同时生成多个第二目标频率下的读取耦合端口构型版图，为可以同时为生成多个目标读取腔提供了可靠的实现依据。针对包含多组不同读取腔的超导量子芯片，本公开的方案仅采用一次读取耦合端口的设计，就可以完成多组不同读取腔的设计。
为了验证本公开方案的效果，将本公开提出的读取腔耦合端口设计方案应用到一个含6组读取腔的超导量子芯片版图设计中。在本公开方案提出的流程框架下，准确设计出符合要求、迭代高效的读取腔版图，验证了本公开方案的有效性和优势，具体步骤如下：
第一步：确定读取腔的目标频率与读取耦合强度。
在该超导量子芯片设计方案中，量子比特频率设定为6.5GHz，在满足色散耦合的前提下，确定6组读取腔目标频率为4.86,4.94,5.02,5.10,5.18,5.26GHz(频率间隔80MHz)，读取腔与量子比特的目标耦合强度设为38MHz。
第二步：初始化读取耦合端口版图。
基于量子比特的版图以及读取腔与量子比特的相对位置，设计一个初版的读取耦合端口构型版图。考虑到6组读取腔频率相差并不太大，6组读取耦合端口采用统一的叉指耦合的构型(如图2)，可以满足设计要求。
第三、四步：迭代读取耦合端口版图，仿真并计算耦合强度。
在经过第三、四步的多次迭代后，对终版的读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，得到量子比特自电容Cq＝65fF，以及量子比特与读取腔的耦合互电容Cqr＝2.72fF。量子比特频率ωq＝6.5GHz,读取腔频率ωr取中间频率5GHz，带入式(4)即可计算得到量子比特与读取腔的耦合强度g＝38.1MHz，与目标耦合强度非常接近，满足需求。
第五步：完整版图验证。
根据读取腔目标频率，将设计完成的读取耦合端口补全，形成完整的量子比特与读取腔的版图，示意图如图3所示。对该完整版图进行电磁仿真，基于仿真数据利用多种方法交叉验证量子比特与读取腔的耦合强度，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0004078293080000161
在表1中，版图Layout1、2、3分别为三组量子比特构型，其对应的读取腔频率如表1。利用三种不同的仿真验证方法:共振扫频、等效电路、iEPR(inductance energyparticipation ratio，基于电感的能量配分理论)方法，交叉验证了量子比特与读取腔的耦合强度。其中共振扫频法将比特频率调至读取腔频率处发生共振，利用两器件的频率差来计算耦合强度；等效电路法利用器件的自电容与互电容信息，进行等效电路建模并利用前文提到的公式(1)来计算耦合强度；iEPR方法则利用器件周围的电磁场分布来计算器件间的耦合强度。三种方法原理均不相同，但其对完整版图下量子比特与读取腔耦合强度的计算结果均与目标耦合强度38MHz非常接近，从而验证了本公开方案的有效性。
运用本公开方案，完成了一个含6组读取腔的超导量子芯片的版图设计。经过仿真验证，量子比特与读取腔的耦合强度满足设计要求。因此本公开方案能够提高超导量子芯片的设计效率，对超导量子芯片的设计、仿真、迭代均有指导性意义。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度包括：
对读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，得到量子比特的量子比特自电容、量子比特与读取耦合端口的端口互电容；
将量子比特自电容、端口互电容、第一目标频率以及第二目标频率，带入端口阻抗耦合关系式，得到待测耦合强度；
端口阻抗耦合关系式用于表征端口互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与待测耦合强度之间的对应关系。
本可选实现方式中，端口阻抗耦合关系式可以采用式(4)所示的关系式(此时式(4)对应的读取腔是读取耦合端口)进行计算，可以得到对应量子比特与读取腔的耦合强度的待测耦合强度。
本实施例提供的超导比特耦合方法，对读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，计算得到待测耦合强度，响应于待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，确定读取耦合端口与量子比特的构型正确，提高了目标读取腔得到的可靠性。
在本实施例的一些可选实现方式中，响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图包括：
响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，在读取耦合端口构型版图中补全读取耦合端口，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
本实施例中，可以基于量子比特与目标读取腔在完整版图中的位置关系，补全读取耦合端口，使补全后的读取耦合端口形成目标读取腔，需要说明的是，目标读取腔通常采用标准阻抗的四份之一共面波导实现，为了保证目标读取腔的生成的效果，需要合理设计共面波导的中心导体宽度与两侧金属地宽度的比值。例如，目标读取腔为50欧姆的共面波导，则补全读取耦合端口时，需要保证共面波导的中心导体宽度与两侧金属地中任一侧宽度的比值为2/1。
本实施例提供的生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图，只需关注目标读取腔与量子比特的读取耦合端口构型版图，加速了整个读取耦合端口的设计、仿真流程；在生成目标读取腔时，仅仅补全读取耦合端口，简化了目标读取腔的仿真流程，提高了目标读取腔的设计效率。
进一步参考图5，作为对上述各图所示方法的实现，本公开提供了超导量子比特耦合装置的一个实施例，该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应，该装置具体可应用于各种电子设备中。
如图5所示，本实施例提供的超导量子比特耦合装置500包括：确定单元501，初始化单元502，计算单元503，生成单元504。其中，上述确定单元501，可以被配置成确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率。上述初始化单元502，可以被配置成基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图。上述计算单元503，可以被配置成基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度。上述生成单元504，可以被配置成响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
在本实施例中，超导量子比特耦合装置500中：确定单元501，初始化单元502，计算单元503，生成单元504的具体处理及其所带来的技术效果可分别参考图1对应实施例中的步骤101、步骤102、步骤103、步骤104的相关说明，在此不再赘述。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述装置还包括：间距调整单元(图中未示出)，上述间距调整单元被配置成响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口与量子比特之间的间距，得到新的读取耦合端口构型版图；采用新的读取耦合端口构型版图替换读取耦合端口构型版图；继续控制计算单元503工作，直至检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，控制生成单元504工作。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述装置还包括：规格调整单元(图中未示出)，上述规格调整单元可以被配置成响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度不满足预设条件，调整读取耦合端口构型版图中读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图；采用新的读取耦合端口构型版图替换读取耦合端口构型版图；继续控制计算单元503工作，直至检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，控制生成单元504工作。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述读取耦合端口包括：叉指型的第一耦合端口，第一耦合端口包括：与量子比特的电容臂的长度方向平行的第一指部，电容臂用于与读取耦合端口耦合，规格调整单元进一步被配置成：响应于待测耦合强度与目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将第一指部的长度减小第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；响应于目标耦合强度与待测耦合强度的差值大于预设强度值，则将第一指部的长度增大第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述读取耦合端口包括：叉指型的第二耦合端口，第二耦合端口包括：与量子比特的电容臂的宽度方向平行的第二指部，电容臂用于与读取耦合端口耦合，规格调整单元进一步被配置成：响应于待测耦合强度与目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将第二指部的宽度减小第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；响应于目标耦合强度与待测耦合强度的差值大于预设强度值，则将第二指部的宽度增大第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述装置还包括：校验单元(图中未示出)。其中，上述校验单元，可以被配置成对完整版图进行电磁仿真，得到量子比特的量子比特自电容、量子比特与目标读取腔的耦合互电容；基于量子比特自电容、耦合互电容、第一目标频率以及第二目标频率，计算得到计算耦合强度；响应于检测到计算耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，确定完整版图正确。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述校验单元进一步被配置成：将量子比特自电容、耦合互电容、第一目标频率以及第二目标频率，带入读取腔阻抗耦合关系式，得到计算耦合强度；读取腔阻抗耦合关系式用于表征耦合互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与计算耦合强度之间的对应关系。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述确定单元501进一步被配置成：获取预先设置的量子比特的第一目标频率和目标耦合强度；基于第一目标频率以及目标耦合强度，计算得到第二目标频率。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述第二目标频率为多个，初始化单元502进一步被配置成：基于多个第二目标频率，确定多个读取耦合端口；基于量子比特的构型、量子比特与多个第二目标频率下目标读取腔的相对位置，初始化对应多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图；计算单元503进一步被配置成：基于多个第二目标频率，得到中间频率；基于对应多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图、第一目标频率、中间频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述计算单元503进一步被配置成：对读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，得到量子比特的量子比特自电容、量子比特与读取耦合端口的端口互电容；将量子比特自电容、端口互电容、第一目标频率以及第二目标频率，带入端口阻抗耦合关系式，得到待测耦合强度；端口阻抗耦合关系式用于表征端口互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与待测耦合强度之间的对应关系。
在本实施例的一些可选实现方式中，上述生成单元504进一步被配置成：响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，在读取耦合端口构型版图中补全读取耦合端口，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图。
本公开的实施例提供的超导量子比特耦合装置，首先，确定单元501确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、量子比特的第一目标频率、目标读取腔的第二目标频率；其次，初始化单元502基于量子比特的构型、量子比特与目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，读取耦合端口构型版图用于表征量子比特与目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；再次，计算单元503基于读取耦合端口构型版图、第一目标频率、第二目标频率，计算得到量子比特与读取耦合端口之间的待测耦合强度；最后，生成单元504响应于检测到待测耦合强度与目标耦合强度满足预设条件，基于第二目标频率和读取耦合端口构型版图，生成包括量子比特和目标读取腔的完整版图，本公开只需关注反映量子比特与读取耦合端口之间位置关系的读取耦合端口构型版图，即可对待测耦合强度进行计算，无需完整地设计出整个读取腔的版图，极大地提供了读取腔的设计效率。
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6示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备600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6所示，设备600包括计算单元601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的计算机程序或者从存储单元608加载到随机访问存储器(RAM)603中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM603中，还可存储设备600操作所需的各种程序和数据。计算单元601、ROM 602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
设备600中的多个部件连接至I/O接口605，包括：输入单元606，例如键盘、鼠标等；输出单元607，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元608，例如磁盘、光盘等；以及通信单元609，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元609允许设备600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601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601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601执行上文所描述的各个方法和处理，例如超导量子比特耦合方法。例如，在一些实施例中，超导量子比特耦合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608。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 602和/或通信单元609而被载入和/或安装到设备600上。当计算机程序加载到RAM 603并由计算单元601执行时，可以执行上文描述的超导量子比特耦合方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元601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比特耦合方法。
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超导量子比特耦合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。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
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 (25)

1.一种超导量子比特耦合方法，所述方法包括：
确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、所述量子比特的第一目标频率、所述目标读取腔的第二目标频率；
基于所述量子比特的构型、所述量子比特与所述目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，所述读取耦合端口构型版图用于表征所述量子比特与所述目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；
基于所述读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述第二目标频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度；
响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足预设条件，基于所述第二目标频率和所述读取耦合端口构型版图，生成包括所述量子比特和所述目标读取腔的完整版图。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度不满足所述预设条件，调整所述读取耦合端口构型版图中所述读取耦合端口与所述量子比特之间的间距，得到新的读取耦合端口构型版图；
采用所述新的读取耦合端口构型版图替换所述读取耦合端口构型版图；
继续基于所述读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述第二目标频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度，直至检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足所述预设条件为止。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度不满足所述预设条件，调整所述读取耦合端口构型版图中所述读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图；
采用所述新的读取耦合端口构型版图替换所述读取耦合端口构型版图；
继续基于所述读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述第二目标频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度，直至检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足所述预设条件为止。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述读取耦合端口包括：叉指型的第一耦合端口，所述第一耦合端口包括：与所述量子比特的电容臂的长度方向平行的第一指部，所述电容臂用于与所述读取耦合端口耦合，所述响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度不满足预设条件，调整所述读取耦合端口构型版图中所述读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图包括：
响应于所述待测耦合强度与所述目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将所述第一指部的长度减小第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；
响应于所述目标耦合强度与所述待测耦合强度的差值大于所述预设强度值，则将所述第一指部的长度增大所述第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述读取耦合端口包括：叉指型的第二耦合端口，所述第二耦合端口包括：与所述量子比特的电容臂的宽度方向平行的第二指部，所述电容臂用于与所述读取耦合端口耦合，所述响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度不满足预设条件，调整所述读取耦合端口构型版图中所述读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图包括：
响应于所述待测耦合强度与所述目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将所述第二指部的宽度减小第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；
响应于所述目标耦合强度与所述待测耦合强度的差值大于所述预设强度值，则将所述第二指部的宽度增大所述第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
对所述完整版图进行电磁仿真，得到所述量子比特的量子比特自电容、所述量子比特与所述目标读取腔的耦合互电容；
基于所述量子比特自电容、所述耦合互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，计算得到计算耦合强度；
响应于检测到所述计算耦合强度与所述目标耦合强度满足所述预设条件，确定所述完整版图正确。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述量子比特自电容、所述耦合互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，计算得到计算耦合强度包括：
将所述量子比特自电容、所述耦合互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，带入读取腔阻抗耦合关系式，得到计算耦合强度；
所述读取腔阻抗耦合关系式用于表征耦合互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与计算耦合强度之间的对应关系。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其中，所述确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、所述量子比特的第一目标频率、所述目标读取腔的第二目标频率包括：
获取预先设置的所述量子比特的第一目标频率和目标耦合强度；
基于所述第一目标频率以及所述目标耦合强度，计算得到第二目标频率。
9.根据权利要求1-7之一所述的方法，其中，所述第二目标频率为多个，所述基于所述量子比特的构型、所述量子比特与所述目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图包括：
基于多个第二目标频率，确定多个读取耦合端口；
基于所述量子比特的构型、所述量子比特与所述多个第二目标频率下目标读取腔的相对位置，初始化对应所述多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图；
所述基于所述读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述第二目标频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度包括：
基于所述多个第二目标频率，得到中间频率；基于对应所述多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述中间频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度。
10.根据权利要求1-7之一所述的方法，其中，所述基于所述读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述第二目标频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度包括：
对所述读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，得到所述量子比特的量子比特自电容、所述量子比特与所述读取耦合端口的端口互电容；
将所述量子比特自电容、所述端口互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，带入端口阻抗耦合关系式，得到待测耦合强度；
所述端口阻抗耦合关系式用于表征端口互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与待测耦合强度之间的对应关系。
11.根据权利要求1-7之一所述的方法，其中，所述响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足预设条件，基于所述第二目标频率和所述读取耦合端口构型版图，生成包括所述量子比特和所述目标读取腔的完整版图包括：
响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足预设条件，在所述读取耦合端口构型版图中补全所述读取耦合端口，生成包括所述量子比特和所述目标读取腔的完整版图。
12.一种超导比特耦合装置，所述装置包括：
确定单元，被配置成确定目标读取腔与量子比特之间的目标耦合强度、所述量子比特的第一目标频率、所述目标读取腔的第二目标频率；
初始化单元，被配置成基于所述量子比特的构型、所述量子比特与所述目标读取腔的相对位置，初始化读取耦合端口构型版图，所述读取耦合端口构型版图用于表征所述量子比特与所述目标读取腔的读取耦合端口之间位置关系的版图；
计算单元，被配置成基于所述读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述第二目标频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度；
生成单元，被配置成响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足预设条件，基于所述第二目标频率和所述读取耦合端口构型版图，生成包括所述量子比特和所述目标读取腔的完整版图。
13.根据权利要求12所述的装置，所述装置还包括：
间距调整单元，被配置成响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度不满足所述预设条件，调整所述读取耦合端口构型版图中所述读取耦合端口与所述量子比特之间的间距，得到新的读取耦合端口构型版图；采用所述新的读取耦合端口构型版图替换所述读取耦合端口构型版图；继续控制所述计算单元工作，直至检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足所述预设条件，控制所述生成单元工作。
14.根据权利要求12所述的装置，所述装置还包括：
规格调整单元，被配置成响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度不满足所述预设条件，调整所述读取耦合端口构型版图中所述读取耦合端口的规格，得到新的读取耦合端口构型版图；采用所述新的读取耦合端口构型版图替换所述读取耦合端口构型版图；继续控制所述计算单元工作，直至检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足所述预设条件，控制所述生成单元工作。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述读取耦合端口包括：叉指型的第一耦合端口，所述第一耦合端口包括：与所述量子比特的电容臂的长度方向平行的第一指部，所述电容臂用于与所述读取耦合端口耦合，所述规格调整单元进一步被配置成：响应于所述待测耦合强度与所述目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将所述第一指部的长度减小第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；响应于所述目标耦合强度与所述待测耦合强度的差值大于所述预设强度值，则将所述第一指部的长度增大所述第一预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述读取耦合端口包括：叉指型的第二耦合端口，所述第二耦合端口包括：与所述量子比特的电容臂的宽度方向平行的第二指部，所述电容臂用于与所述读取耦合端口耦合，所述规格调整单元进一步被配置成：响应于所述待测耦合强度与所述目标耦合强度的差值大于预设强度值，则将所述第二指部的宽度减小第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图；
响应于所述目标耦合强度与所述待测耦合强度的差值大于所述预设强度值，则将所述第二指部的宽度增大所述第二预设值，得到新的读取耦合端口构型版图。
17.根据权利要求12所述的装置，所述装置还包括：
校验单元，被配置成对所述完整版图进行电磁仿真，得到所述量子比特的量子比特自电容、所述量子比特与所述目标读取腔的耦合互电容；基于所述量子比特自电容、所述耦合互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，计算得到计算耦合强度；响应于检测到所述计算耦合强度与所述目标耦合强度满足所述预设条件，确定所述完整版图正确。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述校验单元进一步被配置成：将所述量子比特自电容、所述耦合互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，带入读取腔阻抗耦合关系式，得到计算耦合强度；
所述读取腔阻抗耦合关系式用于表征耦合互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与计算耦合强度之间的对应关系。
19.根据权利要求12-18之一所述的装置，其中，所述确定单元进一步被配置成：获取预先设置的所述量子比特的第一目标频率和目标耦合强度；基于所述第一目标频率以及所述目标耦合强度，计算得到第二目标频率。
20.根据权利要求12-18之一所述的装置，其中，所述第二目标频率为多个，所述初始化单元进一步被配置成：基于多个第二目标频率，确定多个读取耦合端口；
基于所述量子比特的构型、所述量子比特与所述多个第二目标频率下目标读取腔的相对位置，初始化对应所述多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图；
所述计算单元进一步被配置成：基于所述多个第二目标频率，得到中间频率；基于对应所述多个读取耦合端口的读取耦合端口构型版图、所述第一目标频率、所述中间频率，计算得到所述量子比特与所述读取耦合端口之间的待测耦合强度。
21.根据权利要求12-18之一所述的装置，其中，所述计算单元进一步被配置成：对所述读取耦合端口构型版图进行电磁仿真，得到所述量子比特的量子比特自电容、所述量子比特与所述读取耦合端口的端口互电容；将所述量子比特自电容、所述端口互电容、所述第一目标频率以及所述第二目标频率，带入端口阻抗耦合关系式，得到待测耦合强度；所述端口阻抗耦合关系式用于表征端口互电容、量子比特自电容、标准阻抗、第一目标频率、第二目标频率五者与待测耦合强度之间的对应关系。
22.根据权利要求12-18之一所述的装置，其中，所述生成单元进一步被配置成：响应于检测到所述待测耦合强度与所述目标耦合强度满足预设条件，在所述读取耦合端口构型版图中补全所述读取耦合端口，生成包括所述量子比特和所述目标读取腔的完整版图。
23.一种电子设备，其特征在于，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1-11中任一项所述的方法。
24.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-11中任一项所述的方法。
25.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现权利要求1-11中任一项所述的方法。
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