CN116187258B - 量子芯片版图的仿真方法、装置、计算设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了量子芯片版图的仿真方法、仿真装置、计算设备及存储介质，涉及数据处理领域，尤其涉及量子计算、量子仿真领域。具体实现方案为：基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
Description
技术领域
本公开涉及数据处理技术领域，尤其涉及量子计算、量子仿真技术领域。
背景技术
随着超导量子芯片的规模化发展，除了对于微纳加工技术提出更高要求之外，在正式流片前对超导量子芯片的仿真验证也至关重要。仿真验证的目的是尽可能真实地描述出超导量子芯片的特征参数，使得研究人员可以在设计阶段更好地预测超导量子芯片的性能指标，减少超导量子芯片微纳加工的试错成本。
发明内容
本公开提供了一种量子芯片版图的仿真方法、装置、计算设备及存储介质。
根据本公开的一方面，提供了一种量子芯片版图的仿真方法，包括：
基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比其中，所述第一电感能量占比/>用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一；
基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>其中，所述第二电感能量占比/>表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域；
基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比Pmn。
根据本公开的另一方面，提供了一种仿真装置，包括：
第一处理单元，用于基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比其中，所述第一电感能量占比/>用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一；基于所述第一电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>其中，所述第二电感能量占比/>表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域；
第二处理单元，用于基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
根据本公开的再一方面，提供了一种计算设备，包括：
至少一个量子处理单元QPU；
存储器，耦合到所述至少一个QPU并用于存储可执行指令，
所述指令被所述至少一个QPU执行，以使所述至少一个QPU能够执行以上所述的方法；
或者，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以上所述的方法。
根据本公开的再一方面，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，当至少一个量子处理单元执行时，所述计算机指令使得所述至少一个量子处理单元执行以上所述的方法；
或者，所述计算机指令用于使所述计算机执行以上所述的方法。
根据本公开的再一方面，提供了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至少一个量子处理单元执行时实现以上所述的方法；
或者所述计算机程序在被处理器执行时实现以上所述的方法。
这样，本公开方案提供了一种任意量子器件的电感能量占比的仿真方法，为后续高效求解得到量子芯片中任意量子器件的裸态信息，以及任意量子器件间的耦合强度奠定了基础。
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是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图一；
图2是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图二；
图3是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图三；
图4是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图四；
图5是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图五；
图6(a)是根据本公开实施例量子比特-读取腔的芯片版图的结构示意图；
图6(b)是根据本公开实施例量子比特-耦合器-量子比特的芯片版图的结构示意图；
图7是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法在一具体实施例中的实现流程示意图；
图8是根据本公开实施例示例一中芯片版图的结构示意图；
图9是根据本公开实施例示例一的结果对比示意图；
图10是根据本公开实施例示例二中芯片版图的结构示意图；
图11是根据本公开实施例示例二的结果示意图；
图12是根据本公开实施例示例三中芯片版图的结构示意图；
图13是根据本公开实施例示例三的结果对比示意图；
图14是根据本公开实施例示例四中共振状态下的芯片版图的结构示意图；
图15是根据本公开实施例中示例四中在共振状态下的结果对比示意图；
图16是根据本公开实施例示例四中非共振状态下的芯片版图的结构示意图；
图17是根据本公开实施例中示例四中在非共振状态下的结果示意图；
图18是根据本公开实施例仿真装置的结构示意图；
图19是用来实现本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的计算设备的框图。
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。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。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。本文中术语“第一”、“第二”表示指代多个类似的技术用语并对其进行区分，并不是限定顺序的意思，或者限定只有两个的意思，例如，第一特征和第二特征，是指代有两类/两个特征，第一特征可以为一个或多个，第二特征也可以为一个或多个。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，缺少某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
随着芯片工艺逐渐逼近物理极限，“摩尔定律”的节奏也随之放缓，在可预见的未来，经典芯片的发展将会陷入停滞。作为芯片尺寸突破经典物理极限的逻辑必然，同时也是后摩尔时代的标志性技术，量子计算被认为是未来最具有前景的新型计算方式之一。量子计算的概念从提出至今已经历了40多年的发展，产出了诸如Shor算法、Grover算法等举世瞩目的成果，与此同时，量子计算实现的重要载体——量子硬件也取得了重要的进步，将量子计算由概念变成现实。目前，研究人员已在超导量子电路、离子阱、光量子系统等系统中实现了量子计算。受益于良好的扩展性和成熟的半导体制造工艺，超导量子电路被认为是目前最有前景的技术路线之一。近些年，随着超导量子计算技术和微纳加工工艺的发展，超导量子芯片上集成的量子比特数目越来越多，量子比特的性能也越来越好，而且，相关研究人员也在相应平台上成功实现了“量子优越性”实验，标志着超导量子计算的快速发展。
随着超导量子芯片的规模化发展，除了对于微纳加工技术提出更高要求之外，在正式流片前对超导量子芯片的仿真验证也至关重要。仿真验证的目的是尽可能真实地描述出超导量子芯片的特征参数，使得研究人员可以在设计阶段更好地预测超导量子芯片的性能指标，减少超导量子芯片微纳加工的试错成本。当前，业界对于超导量子芯片的仿真验证主要为等效电路法与经典EPR(Energy-participation ratio)方法，其中，等效电路法由于建模时未考虑高频电磁场带来的效应，采取了较多的近似，所以，与真实环境有所差距；而经典EPR方法对超导量子芯片进行表征时，虽然采用了高频电磁场仿真，但该方法只可适用于色散耦合(dispersive coupling)(也即不同量子器件间的频率差远大于其耦合强度)情况。
针对上述问题，本公开方案提出了一种基于通用的量子器件电感能量占比(inductance Energy-participation ratio，iEPR)的仿真方法，可以完成任意量子器件的电感能量占比计算，换言之，本公开方案能够在仿真中真实准确地求解出iEPR，该iEPR对于后续应用，至关重要；比如，基于求解得到的iEPR，还可以求解得到量子芯片(比如超导量子芯片)中任意量子器件的裸态信息，以及任意量子器件间的耦合强度。因此，相比于经典EPR方法，本公开方案具有更广阔的适用范围，不受量子器件的频率限制，可以适用于任意频率区间的量子芯片仿真，是一种非常具有实用价值的仿真验证方法。
具体地，图1是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图一；该方法可选地应用于兼具经典计算能力的量子计算设备中，也可以应用于兼具量子计算能力的经典计算设备中，或者，直接应用于经典计算设备，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等具有经典计算能力的电子设备中，或者，直接应用于量子计算机中，本公开方案对此不作限制。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。如图1所示，所述量子芯片版图的仿真方法，包括：
步骤S101：基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
这里，所述第一电感能量占比用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一。
需要说明的是，本公开方案所述的芯片版图用于描述真实量子芯片(或超导量子芯片)中物理结构的几何形状，包含但不限于各物理结构在量子芯片上的形状、面积和位置等。
步骤S102：基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>
这里，所述第二电感能量占比表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域。
步骤S103：基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
这样，本公开方案能够真实准确地求解出本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn，该目标电感能量占比pmn对于后续应用，至关重要，比如，为后续高效求解得到量子芯片中任意量子器件的裸态信息，以及任意量子器件间的耦合强度奠定了基础。
而且，本公开方案具有更广阔的适用范围，不受量子器件的频率限制，可以适用于任意频率区间的量子芯片仿真，是一种非常具有实用价值、且通用性强的仿真验证方法。
在一具体示例中，所述量子芯片为超导量子芯片。相应地，所述量子器件为超导量子器件。如此，本公开方案能够实现在超导量子芯片上的应用，对于超导量子芯片的设计与仿真工作有着重要的实用价值。
这里，所述超导量子芯片指超导材料制备而成的量子芯片。比如，所述超导量子芯片中所有元器件(比如量子比特、耦合器件等)均由超导材料制备而成。
在一具体示例中，所述第二区域为所述空间中除所述第一区域以外的剩余区域。
进一步地，在一具体示例中，所述量子器件n的第一区域为所述量子器件n对应的积分区域，用于收集磁场能量；具体地，所述量子器件n的第一区域为量子器件的上、下表面的预设厚度的区域，可用于计算量子器件n的电感能量的积分体积。进一步地，所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的剩余区域。如此，明确设置第一区域，以及第二区域，为高效得到第一电感能量占比和第二电感能量占比，进而得到目标电感能量占比奠定了基础。
在一具体示例中，所述目标电感能量占比pmn为第一电感能量占比与第二电感能量占比/>之和。
在本公开方案的一具体示例中，还可以基于得到的目标电感能量占比pmn，得到缀饰态信息与裸态信息之间的转换关系；具体地，图2是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图二；该方法可选地应用于兼具经典计算能力的量子计算设备中，也可以应用于兼具量子计算能力的经典计算设备中，或者，直接应用于经典计算设备，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等具有经典计算能力的电子设备中，或者，直接应用于量子计算机中，本公开方案对此不作限制。可以理解的是，以上图1所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。如图2所示，包括：
步骤S201：基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
这里，所述第一电感能量占比用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一。
这里，可以理解的是，所述芯片版图的本征模式m表示芯片版图所刻画的量子芯片的本征模式。
步骤S202：基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>
这里，所述第二电感能量占比表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域。
步骤S203：基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
步骤S204：基于所述目标电感能量占比pmn，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到目标转换信息。
这里，所述目标转换信息用于表征所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息与所述本征模式m下的量子器件n的裸态信息之间的关联关系。
在一具体示例中，基于以上方式，可以得到不同本征模式m在空间中量子芯片n所对应的目标电感能量占比pmn，以及得到相同本征模式m在空间中不同量子芯片n所对应的目标电感能量占比pmn，此时，可构建参数矩阵P，其中，pmn即为参数矩阵P中的元素，其中，m对应行，其取值与芯片版图的本征模式有关；n对应列，其取值与量子芯片所包含的量子器件的数量有关。
进一步地，基于参数矩阵P，可求解得到目标转换矩阵(可记为U)，这里，目标转换信息为目标转换矩阵中的元素，可记为umn，表示所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息与所述本征模式m下量子器件n的裸态信息之间的关联关系。
进一步地，在一具体示例中，这里，所述smn表示目标转换矩阵U中元素umn的正负号。
具体地，在一示例中，存在如下关系：
当vmn>0时，符号矩阵的元素smn＝1；否则，也即vmn≤0，smn＝-1。
其中，vmn表示本征模式m下量子器件n沿该量子器件n的电压积分线的电压，计算公式如下：
其中，表示本征模式m的电场强度峰值，/>表示电压积分线矢量，该参量的长度由添加的积分线所确定。
也就是说，基于本征模式m下量子器件n沿该量子器件n的电压积分线的电压vmn，以及本征模式m在空间中量子芯片n所对应的目标电感能量占比pmn，即可得到目标转换信息umn，即进而得到目标转换矩阵U。
这样，本公开方案能够通过目标电感能量占比以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到表征缀饰态信息与裸态信息之间关系的目标转换信息；如此，建立了缀饰态信息与裸态信息之间的关联，为后续高效求解得到量子芯片中任意量子器件的裸态信息，以及任意量子器件间的耦合强度奠定了基础。
在本公开方案的一具体示例中，还可以基于得到的目标转换信息，得到量子器件的裸态信息，和/或任意两个量子器件之间的耦合强度。具体地，图3是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图三；该方法可选地应用于兼具经典计算能力的量子计算设备中，也可以应用于兼具量子计算能力的经典计算设备中，或者，直接应用于经典计算设备，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等具有经典计算能力的电子设备中，或者，直接应用于量子计算机中，本公开方案对此不作限制。可以理解的是，以上图1和图2所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。如图3所示，包括：
步骤S301：基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
这里，所述第一电感能量占比用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一。
步骤S302：基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>
这里，所述第二电感能量占比表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域。
步骤S303：基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
步骤S304：基于所述目标电感能量占比pmn，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到目标转换信息。
这里，所述目标转换信息用于表征所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息与所述本征模式m下的量子器件n的裸态信息之间的关联关系。
步骤S305：基于所述目标转换信息，得到以下至少之一：所述量子芯片中量子器件的裸态信息，所述多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。
具体地，在一具体示例中，可以基于以上得到的目标转换矩阵U，得到所述量子芯片中各量子器件的裸态信息，以及得到多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。
在一具体示例中，所述缀饰态信息可以具体为缀饰态频率，相应地，所述裸态信息可以具体为裸态频率。基于此，该示例可以得到所述量子芯片中各量子器件的裸态频率，和/或，多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。
这样，本公开方案能够通过目标转换信息，得到任意量子器件的裸态信息和/或任意两量子器件间的耦合强度，如此，更加精确地刻画出量子芯片的特征参数，使得研究人员可以在设计阶段更好地预测量子芯片的性能，减少重复实验的物力、人力以及时间成本，这对于量子芯片的仿真验证具有重要的实用价值。而且，该过程简单、高效，便于后续流程化和通用化。
在本公开方案一具体示例中，提供了一种确定含有特定结构的量子器件所对应的第一电感能量占比的方案，进而基于得到的第一电感能量占比/>得到目标电感能量占比pmn。具体地，图4是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图四；该方法可选地应用于兼具经典计算能力的量子计算设备中，也可以应用于兼具量子计算能力的经典计算设备中，或者，直接应用于经典计算设备，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等具有经典计算能力的电子设备中，或者，直接应用于量子计算机中，本公开方案对此不作限制。可以理解的是，以上图1、图2和图3所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。如图4所示，在所述量子器件n含有目标结构的情况下，所述量子芯片版图的仿真方法，具体包括：
步骤S401：在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
在一具体示例中，可采用如下方式得到本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量即步骤S401具体包括：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，计算得到本征模式m下量子器件n沿电压积分线的电压vmn；
基于所述量子器件n的目标结构对应的等效电感、仿真得到的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息ω′m，以及所述到本征模式m下量子器件n沿所述量子器件n的电压积分线的电压vmn，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
举例来说，基于如下公式计算得到本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
这里，Ln为量子器件n的目标结构中线性部分的等效电感，为已知项。
这样，本公开方案提供了一种含有特定结构(也即目标结构)的量子器件的处理方案，该方案无需考虑该量子器件的目标结构上的电感值，而是直接使用目标结构中线性部分的等效电感，极大地优化了目标结构上的电感能量的复杂处理过程，如此，具有高效性，为高效完成整个仿真流程提供了支持；同时，该方案简便，因此，便于流程化、通用化。
步骤S402：基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
步骤S403：将第一比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
这里，所述第一比值为：所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量及所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>之和，与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。也就是说，/>的公式如下：
这里，和/>的计算可参见下述具体示例中的相关描述，此处不再赘述。
步骤S404：基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>
这里，所述第二电感能量占比表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域。
这里，第二电感能量占比计算可参见下述具体示例中的相关描述，此处不再赘述。
步骤S405：基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
可以理解的是，在得到目标电感能量占比pmn，还可以基于如图2所述的方式得到目标转换信息；进一步地，基于如图3所述的方式，得到所述量子芯片中量子器件的裸态信息，和/或，所述多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。具体说明可参见以上描述，此处不再赘述。
这样，本公开方案提供了一种得到含有特定结构(也即目标结构)的量子器件所对应的第一电感能量占比的具体处理方案，如此，扩展了本公开方案的适用范围，而且，该方案简便、高效，为后续高效得到量子芯片中任意量子器件的裸态信息，以及任意量子器件间的耦合强度奠定了基础。同时，该方案便于流程化、通用化。
另外，本公开方案不限制量子器件的频率范围，适配于任意频率区间的仿真，具有较强的通用性。
在本公开方案一具体示例中，提供了一种确定不含有特定结构的量子器件所对应的第一电感能量占比的方案，进而基于得到的第一电感能量占比/>得到目标电感能量占比pmn。具体地，图5是根据本公开实施例量子芯片版图的仿真方法的实现流程示意图五；该方法可选地应用于兼具经典计算能力的量子计算设备中，也可以应用于兼具量子计算能力的经典计算设备中，或者，直接应用于经典计算设备，比如，个人电脑、服务器、服务器集群等具有经典计算能力的电子设备中，或者，直接应用于量子计算机中，本公开方案对此不作限制。可以理解的是，以上图1、图2和图3所示方法的相关内容，也可以应用于该示例中，该示例对相关联内容不再赘述。
进一步地，该方法包括以下内容的至少部分内容。如图5所示，在所述量子器件n含有目标结构的情况下，所述量子芯片版图的仿真方法，具体包括：
步骤S501：在所述量子器件n不含有目标结构的情况下，基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
步骤S502：将第二比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
这里，所述第二比值为：所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量，与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量的比值。也就是说，的公式如下：
这里，和/>的计算可参见下述具体示例中的相关描述，此处不再赘述。
步骤S503：基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>
这里，所述第二电感能量占比表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域。
这里，第二电感能量占比计算可参见下述具体示例中的相关描述，此处不再赘述。
步骤S504：基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
可以理解的是，在得到目标电感能量占比pmn，还可以基于如图2所述的方式得到目标转换信息；进一步地，基于如图3所述的方式，得到所述量子芯片中量子器件的裸态信息，和/或，所述多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。具体说明可参见以上描述，此处不再赘述。
这样，本公开方案提供了一种得到不含有特定结构(也即目标结构)的量子器件所对应的第一电感能量占比的具体处理方案，如此，扩展了本公开方案的适用范围，而且，该方案简便、高效，为后续高效得到量子芯片中任意量子器件的裸态信息，以及任意量子器件间的耦合强度奠定了基础。同时，该方案便于流程化、通用化。
另外，本公开方案不限制量子器件的频率范围，适配于任意频率区间的仿真，具有较强的通用性。
在本公开方案的一具体示例中，所述目标结构为电感可调组件。进一步地，所述电感可调组件为集总电感元件。再进一步地，所述集总电感元件包括至少以下之一：约瑟夫森结、约瑟夫森结链。
这里，所述约瑟夫森结链包含至少一个约瑟夫森结。进一步地，在所述约瑟夫森结链包含两个或两个以上的约瑟夫森结的情况下，所述两个或两个以上的约瑟夫森结串联；进一步地，不同的约瑟夫森结链中所包含的约瑟夫森结的数量相同，或不相同。
如此，通过使用一种泛用性强的元件作为目标结构，以灵活地调整量子器件的频率，进一步提升了本公开方案的通用性和适用范围。
需要指出的是，在一具体示例中，本公开方案使用的仿真方式可具体为使用高频电磁场仿真，该仿真方式相当于把每个量子器件均当做非集总元件来处理，因此，使得结果更加接近真实情况，更加精确。
综上所述，本公开方案可以处理含有目标结构(比如约瑟夫森结)的量子器件，也可处理不含有目标结构(比如约瑟夫森结)的量子器件，同时，不限制量子器件的频率范围，适配于任意频率区间的仿真，具有较强的通用性。另外，本公开方案可以采用高频电磁场仿真，因此，可以适配于非集总元件。而且，对于非共振的不含约瑟夫森结的情况，本公开方案同样可以处理，因此，填补了现有方案无法应对非共振的不含约瑟夫森结的场景。
另外，本公开方案在处理含有目标结构(比如约瑟夫森结)的量子器件时，无需考虑该量子器件的目标结构(比如约瑟夫森结)的电感值，避免了计算约瑟夫森结的电感能量的复杂处理过程；同时，对任意量子器件的仿真流程均相同，量子芯片版图的仿真方法简单高效，便于流程化、通用化。
以下结合具体示例对本公开方案做进一步详细说明；具体地，本公开方案首先提出了一种通用的iEPR量子芯片版图的仿真方法，如此，来完成任意量子器件的电感能量占比计算。这里，量子器件电感能量占比(iEPR)与超导量子芯片中诸如耦合强度等之类的特征参数有着紧密的联系，是一种非常具有实用价值的参数信息。本公开方案通过收集量子器件的上、下表面一定深度区域内的磁场能量来初步预估该量子器件的特定区域(比如积分区域)对应的电感能量占比，并根据不同本征模式下量子器件的特定区域所对应的电感能量占比，得到空间中量子器对应的剩余区域(除特定区域之外的区域)对应的电感能量占比，得到空间中量子器件的电感能量占比；其次，基于上述计算得到的iEPR，得到量子器件的裸态信息、以及任意量子器件间耦合强度。
以下从几个部分对本公开方案进行阐述，第一部分，介绍超导量子芯片相关的背景知识；第二部分，理论上，详细阐述本公开方案如何求解得到iEPR，以及如何基于iEPR得到裸态信息和耦合强度；第三部分，详细阐述得到iEPR、裸态信息以及耦合强度的具体步骤；第四部分，将本公开方案应用在具体实例上，验证其有效性。
第一部分
作为超导量子电路技术方案的核心载体，超导量子芯片的研发至关重要。与经典芯片类似，在正式生产和加工之前，也需要设计一个针对超导量子芯片的完整的芯片版图。该芯片版图用于描述超导量子芯片中物理结构的几何形状，比如，包含有超导量子芯片中所有核心量子器件、控制线、读取线等具体形状、面积和位置等结构信息。
进一步地，对芯片版图进行充分的仿真验证。超导量子芯片的仿真验证旨在尽可能真实地刻画该超导量子芯片的特征参数，使得研究人员可以在设计阶段更好地预测超导量子芯片的性能，减少重复实验的物力、人力以及时间成本。实际场景中，在诸多特征参数中，量子器件之间的耦合强度是研究人员关注的一条重点指标，该参数与超导量子芯片的控制、读取性能息息相关。因此，尽可能精确地仿真出该特征参数对于超导量子芯片设计和研发至关重要。
以下对超导量子芯片的芯片版图进行简单解释。实际应用中，在超导量子芯片的核心量子器件中，最重要的量子器件之一就是量子比特。在芯片版图中，量子比特通常由共面电容和约瑟夫森结共同构成。比如，在实际应用中，可以首先设计一个衬底(通常由硅或者蓝宝石实现)，在衬底上镀一层铝膜，在铝膜上刻蚀不同的形状来形成量子比特的电容，而非线性器件，比如约瑟夫森结会加工在两个金属板之间。
举例来说，在一示例中，如图6(a)所示，为量子比特-读取腔的芯片版图的结构示意图，其中，该芯片版图包括：
十字形图形，用于表示量子比特的自电容；包括镂空区域和非镂空区域，其中，所述镂空区域是刻蚀掉部分金属板后所得；
外层金属板，用于接地；
约瑟夫森结，设置于十字形图形的底部与外层金属板之间；在仿真中常通过一个集总电感来模拟；
蛇形结构，用于表示读取谐振腔(Resonator)，通过叉指状电容与量子比特进行耦合，用以对量子比特的状态信息进行读取。
这里，所述十字形图形、外层金属板、约瑟夫森结以及蛇形结构，四者是共面的，即属于共面结构。这里，在实际电磁仿真中，该约瑟夫森结可以用等效电感来表示。
在进行该芯片版图的设计时，每个量子器件都具有自身的电容、电感等电磁属性，而且，在量子器件的电容、电感中均会存储电磁场能量。量子比特中除约瑟夫森结所拥有的电磁场能量外，其十字型的金属导体也拥有一部分分布在空间中的电磁场能量。而没有约瑟夫森结的读取腔的电磁场能量就全部存储在金属导体(如图6(a)所示，存储在蛇形结构对应的金属板)中，并以该量子器件分布在空间中的电磁场能量的形式体现出来。因此，如何完整计算量子器件中，尤其是不含有约瑟夫森结的量子器件的电磁场能量是一个非常重要的问题，有效地仿真出该量子器件对应的能量占比，对于求解含有任意量子器件的量子芯片版图的裸态信息有着重要的实用价值。
在另一示例中，给出了一种量子比特-耦合器-量子比特的芯片版图，如图6(b)所示，该芯片版图包括：量子比特Q1、量子比特Q2、耦合量子比特Q1和量子比特Q2的耦合器C、读取谐振腔R1，读取谐振腔R2，以及读取线、XY控制线和磁通控制线；
这里，所述读取谐振腔R1用于以对量子比特Q1的状态信息进行读取，所述读取谐振腔R2用于以对量子比特Q2的状态信息进行读取。XY控制线和磁通控制线，用以控制量子比特的状态。
可以理解的是，图6(a)和图6(b)的芯片版图结构仅为示例性说明，实际应用中，芯片版图还可以为其他结构，本公开方案对此不作限制。
第二部分
(一)iEPR理论定义
超导量子芯片的仿真验证是设计阶段不可或缺的一环，研究人员常通过基于有限元方法的高频电磁场仿真对芯片版图进行验证，以得到超导量子芯片的本征模式的频率、电磁场分布信息等结果。然而，仿真得到的频率等参数均为超导量子芯片整体的缀饰态信息(也即超导量子芯片所对应的量子系统整体的本征态信息)，而且，无法从仿真结果中直接得到超导量子芯片中各量子器件的裸态信息(也即系统中孤立个体的本征态信息)，但耦合强度、非谐性等参数却均体现在裸态信息中，换言之，如何求解得到超导量子芯片的裸态信息，至关重要。基于此，提出了如公式(1)的量子器件的电感能量占比iEPR(记为pmn)，该参量pmn可以有效地将裸态信息与缀饰态信息连接起来，从而帮助研究人员进一步计算出超导量子芯片诸如耦合强度之类的特征参数。
可以理解的是，实际场景中，缀饰态信息可以用来描述缀饰态的所有相关信息，缀饰态频率为其最核心的一个参量。同理，裸态信息可以用来描述裸态的所有相关信息，裸态频率为其最核心的一个参量。
本公开方案中，以缀饰态信息具体为缀饰态频率，相应地，裸态信息具体为裸态频率为例，进行详细说明。
(二)iEPR与量子系统的特征参数之间的关系
iEPR(也即参数pmn)是量子系统的裸态信息和缀饰态信息之间的桥梁。基于此，本公开方案可以利用iEPR(也即参数pmn)从缀饰态信息中还原出裸态信息；下面对具体过程进行具体阐述。
首先，一个具有n个量子器件的量子系统，且该量子系统中量子器件两两之间存在电容耦合，此时，该量子系统的裸态哈密顿量可以写为：
其中，Qi表示量子器件i的电荷量，Ci表示量子器件i的电容，Φi表示量子器件i的磁通量，Li表示量子器件i的电感，Cj表示量子器件j的电容，Cg,ij表示量子器件i和量子器件j之间的互电容。
进一步地，做如下变量代换：
将公式(1)变换为：
/>
这里，ωi表示量子器件i的裸态频率，ωj表示量子器件j的裸态频率，gij表示量子器件i与量子器件j之间的耦合强度。
进一步地，将公式(3)改写成如下表达形式：
其中，的矩阵形式为：
这里，
这里，可将矩阵称为目标矩阵，基于该目标矩阵即可得到不同量子器件的裸态频率，以及量子器件之间的耦合强度。
进一步地，可以看出上述公式(5)为实对称矩阵，因此，存在一个幺正矩阵U(也即以上所述的目标转换矩阵，其元素可记为umn，简记为U＝(umn))，能够使对角化，如公式(6)所示：
其中，对角化后的频率ω′i即为缀饰态频率，具体地，ω′i为量子器件i的缀饰态频率。
这里，由目标转换矩阵U可知变换前后的算符满足如下关系：
/>
也即得到：
xk＝u1kx′1+u2kx′2+…+unkx′n,k＝1,2,…,n 公式(8)
此外，根据量子力学原理可知，量子力学中的能量算符的期望值可以与经典值建立对应，因此，则存在如下公式：
这里，表示本征模式m中存储的总电容能量。
进一步地，iEPR在量子理论层面可以定义为
从而根据变量代换的定义，可以得到：
这里，可引入符号矩阵S＝(smn)，用以表示目标转换矩阵U中元素的正负号，这里，其中，smn表示目标转换矩阵U中元素umn的正负号。
进一步地，记iEPR构成的参数矩阵为P＝(pmn)，该参数矩阵P也是一个幺正矩阵，则该参数矩阵P满足以下性质：
(1)行列归一化
(2)正交性
这里，通过仿真可以得到缀饰态频率ω′i以及电磁场分布信息，进而可计算出iEPR(也即pmn)(比如，可计算出含有约瑟夫森结的量子器件所对应的iEPR，或者计算出不含有约瑟夫森结的量子器件所对应的iEPR)以及符号矩阵S的元素smn，如此，即可得到连接裸态频率与缀饰态频率的目标转换矩阵U中的元素，即
进一步地，通过公式(6)的变换关系，进行如下述公式(15)的逆变换，并基于仿真得到的缀饰态频率ω′i，以及目标转换矩阵U，即可求解得到量子系统中的裸态频率以及耦合强度等，如此，完成对量子系统的完整建模。
第三部分
前述已对iEPR理论做了完整的阐述。基于iEPR理论可以从仿真中求解出量子器件的裸态频率及量子器件间的耦合强度，如此，来完成对于量子系统的建模。
基于此，本公开公开方案提供了一种得到iEPR的通用的量子芯片版图的仿真方法，来计算得到iEPR；进一步，基于得到的iEPR计算得到量子器件的裸态频率，以及量子器件间的耦合强度。
如图7所示，具体步骤如下：
步骤701：输入超导量子芯片的芯片版图。
这里，超导量子芯片中的量子器件包括但并不限于量子比特、耦合器、读取谐振腔、滤波器、读取传输线、控制线等。因此，芯片版图中的量子器件则可具体包括量子比特、耦合器、读取谐振腔、滤波器、读取传输线、控制线等。
步骤702：对输入的芯片版图进行预处理；比如，为芯片版图添加用于收集磁场能量的区域以及电压积分线，具体包括：
(1)在芯片版图中，为每一个参与计算的量子器件在上、下表面(也即空气侧和衬底)分别添加预设厚度(比如，20um)的区域，作为计算量子器件的电感能量的积分体积，可称为积分区域。
(2)在芯片版图中，为量子器件添加积分线，比如，在量子器件的电感对应的两个电势节点之间，沿电流方向设置一条积分线，该积分线可简称电压积分线。
需要指出的是，设置的积分线可以是直线也可以是曲线，可基于不同的芯片版图，以及量子器件的电势节点和电流方向进行设置，本公开方案对此不作限制。
实际应用中，对于含有约瑟夫森结的量子比特而言，该积分线可添加在该量子比特的约瑟夫森结的两端，比如，在该量子比特的约瑟夫森结的两端添加一条直线，作为积分线。而对于不含有约瑟夫森结的量子器件而言，比如，对于谐振腔而言，可沿着其中心导体从一端到另一端设置积分线。
步骤703：高频电磁场仿真。对步骤702处理后的芯片版图进行高频电磁场本征模式仿真，得到如下信息：
(1)不同本征模式m对应的缀饰态频率ω′m；
(2)不同本征模式m在空间中的电磁场分布信息，比如本征模式m的电场强度峰值本征模式m的磁场强度峰值/>
步骤704：对高频电磁场仿真得到的结果进行后处理，得到本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn，以及得到符号矩阵S。具体包括：
步骤7041：计算本征模式m在空间中存储于量子器件n的积分区域所对应的电感能量，也即该积分区域内的磁场能量，具体表达式如下：
这里，Vn为量子器件n的积分体积，该参量与步骤2预处理过程中的设定有关，可具体为一个常量；表示空间中不同位置处的磁导率张量。
步骤7042：计算本征模式m在空间中存储的总电场能量：
其中，表示电场强度峰值/>的复共轭，/>表示空间中不同位置处的介电张量，V表示空间体积，以上均为已知量。
步骤7043：在本征模式m下，计算量子器件n沿其电压积分线的两端的电压vmn：
其中，表示本征模式m的电场强度峰值，/>表示电压积分线矢量，该参量的长度由预处理添加的积分线确定，该电压积分线矢量/>的方向由芯片版图所处坐标系的默认正方向。
步骤7044：粗略估计得到本征模式m在空间中量子器件n的积分区域所对应的电感能量占比(也即以上所述的第一电感能量占比)
(1)对于含有约瑟夫森结的量子器件
计算本征模式m在空间中量子器件n的约瑟夫森结上的电感能量
其中，Ln为量子器件n的约瑟夫森结中线性部分的等效电感，为已知项。
进一步地，根据电磁学原理，本征模式m在空间中存储的总电场能量与本征模式m在空间中存储的总电容能量相等，同时，本征模式m在空间中存储的总电容能量与本征模式m在空间中存储的总电感能量也相等，因此，本征模式m在空间中存储的总电感能量
进一步地，对于含有约瑟夫森结的量子器件，根据公式(1)，得到本征模式m在空间中量子器件n的积分区域所对应的电感能量占比为：
这里，表示本征模式m在空间中量子器件n的积分区域所对应的电感能量。
(2)对于不含有约瑟夫森结的量子器件
计算本征模式m在空间中量子器件n的积分区域所对应的电感能量占比，也即根据公式(1)计算iEPR，，具体表达式为：
这里，表示本征模式m在空间中量子器件n的积分区域所对应的电感能量。
基于如上方式得到不同本征模式m在空间中不同量子器件n的积分区域内所对应的iEPR，进而构成参数矩阵P＝(pmn)。
步骤7045：对构成的所述参数矩阵P进行列归一化处理；具体地，按照不同本征模式m在空间中量子器件n的积分区域所对应的并基于如下关系，计算得到本征模式m在空间中量子器件n的剩余区域(空间中除去量子器件n的积分区域之外的其他区域)所对应的电感能量占比(也即以上所述的第二电感能量占比)，记为/>
这里，量子器件储存在剩余区域中满足以下比例关系：
这里，表示本征模式l在空间中量子器件n的积分区域内所对应的电感能量占比；/>表示本征模式l在空间中量子器件n的剩余区域(空间中除去量子器件n的积分区域之外的区域)中所对应的电感能量占比。
进一步地，根据公式(13)的列归一化关系可知，不同本征模式m在空间中同一个量子器件n所对应的pmn的平方之和等于1，即：
这里，m为非连续数值，可基于仿真得到的本征模式而确定。
步骤7046：得到本征模式m在空间中量子器件n所对应的电感能量占比(也即以上所述的目标电感能量占比)，即pmn。具体地，联立公式(22)与公式(23)，得到进而计算得到pmn：
步骤7047：求解符号矩阵S＝(smn)。具体地，当vmn>0时，符号矩阵的元素smn＝1；否则，也即vmn≤0，smn＝-1。
步骤705：求解得到裸态频率。具体包括：
步骤7051：基于参数矩阵P＝(pmn)与符号矩阵S＝(smn)，得到目标转换矩阵U＝(umn)，其中，
步骤7052：基于公式(15)，以及仿真得到的缀饰态频率ω′m，计算出得到目标矩阵中的各元素。
步骤706：输出裸态频率和耦合强度。将步骤5中求解出的目标矩阵的非对角元提取出来，即可得到量子器件间的耦合强度，将步骤5中求解出的目标矩阵/>的对角元提取出来，即可得到量子器件的裸态频率。
第四部分
本部分引入具体示例，验证本公开方案的有效性和普适性。
(一)利用本公开方案以及现有的等效电路方法进行iEPR的计算，并将得到的结果进行对比，验证本公开方案方法的有效性。
根据参数矩阵P的归一化特性，对于两体问题(即含有两个量子器件的量子系统)，可通过p11来反映整个参数矩阵P的特性。
这里，分别对含有约瑟夫森结的量子系统的版图以及不含有约瑟夫森结的量子系统的版图进行仿真，并对比两种方法所求得的p11。
示例一：包含两个量子比特的芯片版图
如图8所示，所述芯片版图包括：量子比特Q1和量子比特Q2。其中，量子比特Q1和量子比特Q2均包含约瑟夫森结，比如，设置有约瑟夫森结线性部分的集总电感元件，通过调整该集总电感元件的电感值可以调节量子比特的本征频率。
该示例，分别采用本公开方案和现有的等效电路方法求解得到iEPR，以验证本公开方案的有效性。这里，设定量子比特Q1中的约瑟夫森结的电感值固定为7nH，量子比特Q2中的约瑟夫森结的电感值由4到10nH逐步变化，并分别利用本公开方案以及现有等效电路法计算得到iEPR。计算结果如图9所示，可以看出本公开方案计算得到的p11(表示本征模式1在空间中量子比特1所对应的目标电感能量占比)与现有的等效电路方法得到的结果吻合，如此，证明本公开方案在处理含有约瑟夫森结的量子器件的仿真时，具有有效性。
示例二：包含谐振腔与谐振腔耦合结构的芯片版图
如图10所示，所述芯片版图包括谐振腔与谐振腔耦合结构，其中，左侧为谐振腔1，右侧为谐振腔2，谐振腔1和谐振腔2通过中间的叉指电容耦合在一起。该示例中，谐振腔1与谐振腔2的原始长度等长，在仿真中，可改变谐振腔2的额外长度，来进行不同情况下iEPR的求解。
由于现有的等效电路方法仅适用于器件尺寸远小于波长的量子器件(如量子比特)，此时，该量子器件可以近似视作集总元件，但谐振腔属于波长与器件尺寸同量级的情况，此时，该量子器件不能视作集总元件，因此，等效电路方法并不适用这种情况。因此，针对该芯片版图，仅使用本公开方案进行验证，如此，来证明本公开方案可以完成不含约瑟夫森结的量子器件的iEPR仿真，同时，从理论上给出定性的预测，以证明本公开方案得到的结果表现出的规律与理论预测相符，进而说明本公开方案的结果正确。
该示例，设置谐振腔2的额外长度由0.1到400um逐渐变化，并利用本公开方案求解p21(表示本征模式2在空间中谐振腔2所对应的目标电感能量占比)。计算结果如图11所示，可以看出，本公开方案的计算结果随着谐振腔2额外长度的增大，展示快速衰减的趋势。谐振腔2的额外长度越大，两个谐振腔的频率差越大，系统逐渐从近共振区间(频率差远小于耦合强度)变化到色散耦合区间(频率差远大于耦合强度)，从理论上来说，谐振腔2对应的缀饰态频率分布在谐振腔1上的电感能量占比p21随着频率差增大会发生快速衰减。因此，本公开方案的结果与理论预测的趋势吻合，如此，可以证明本公开方案正确。
(二)分别对含有约瑟夫森结的芯片版图以及不含约瑟夫森结的芯片版图进行处理，并得到耦合强度，以验证本发明方法的有效性。
示例三：包含两个量子比特的芯片版图
如图12所示，该芯片版图包含有两个量子比特，其中，从左上到右下分别为量子比特Q1和量子比特Q2。每个量子比特下方的深色矩形表示约瑟夫森结，在仿真过程中可用一个等效的集总电感元件来模拟。进一步地，固定量子比特Q1的电感值为10nH，设置量子比特Q2的电感值从5nH逐渐变到17nH，分别利用本公开方案和现有等效电路法计算得到不同电感值设置下的量子比特间耦合强度。
进一步地，如图13所示，本公开方案的结果与等效电路法的结果接近，而且变化趋势完全吻合，如此，证明本公开方案所得到的结果正确。另外，可以看出现有等效电路法的结果略大于本公开方案，这是因为现有等效电路法是将量子器件看作集总元件来建模，为一种近似的计算，与实际高频电磁场环境有一定偏差。
需要说明的是，本公开方案使用高频电磁场仿真技术，在理论上更加接近真实情况，计算结果更加准确。
应用四：谐振腔耦合的芯片版图
对于共振情况而言：
如图14所示，该芯片版图包含有两个谐振腔，其中，左右两侧的谐振腔1与谐振腔2具有完全相同的结构。这里，为了保持两个谐振腔完全相同，处于共振区间，可增加这两个谐振腔在中间重合区域的额外长度，进而利用仿真不同额外长度下的谐振腔间的耦合强度。
这里，由于图14所示的两个谐振腔处于共振状态，因此，理论上，两者间的耦合强度为(ω′2-ω′1)/2，这里，ω′1和ω′2均为缀饰态频率，可通过仿真得到。进一步地，分别使用本公开方案与理论计算的结果进行对比，以验证本公开方案的正确性。
该示例中，设置两个谐振腔中间重合区域的额外长度从500逐渐变化到4500um，并计算不同额外长度下的耦合强度。如图15所示，星型散点表示的数据为本公开方案的结果，蓝色圆点表示的数据为理论求解的结果。可以看出，本公开方案的结果与理论求解完全吻合，如此，证明本公开方案计算结果的正确性。
对于非共振情况而言：
如图16所示，该芯片版图包含有两个谐振腔，其中，左右两侧的谐振腔1与谐振腔2具有完全相同的结构，且两者通过中间的叉指型结构耦合在一起。这里，可通过延长谐振腔2的末端额外长度的方式，使两个谐振腔的结构不一致，以使两个谐振腔处于非共振情况，进而利用本公开方案得到在不同额外长度下的耦合强度，如此，来验证本公开方案可以适用于更一般情况。
需要说明的是，目前暂无其他方法可以进行非共振情况下，不含约瑟夫森结的量子器件间耦合强度的处理，因此，本部分仅展示本公开方案的结果，并证明本公开方案可以适用于该种情况。
该示例中，谐振腔2的额外长度由5逐渐变化为150um，利用本公开方案分别求解不同额外长度下的谐振腔间的耦合强度。结果如图17所示，由该图可以看出，随着谐振腔2的额外长度的增大，两个谐振腔之间的耦合强度逐渐减小。理论上，谐振腔2额外长度增大，谐振腔2的频率将会减小。而理论上，耦合强度与量子器件的频率呈正相关，也呈下降趋势，显然，本公开方案的结果符合这一下降趋势，因此，可以认为本公开方案可以得到非共振情况下谐振腔之间的耦合强度。
需要指出的是，非共振情况下谐振腔之间的耦合强度仅有本公开方案可以处理，如此，展现了本公开方案的通用性。
基于此，本公开方案基于一种量子器件对应的电感能量占比理论，提出了一种针对量子芯片版图的仿真方法，具体地，本公开方案通过收集量子器件上下表面一定深度区域内的磁场能量来初步预估该量子器件所对应的电感能量占比，随后根据不同本征模式下的收集到的该区域内的电感能量占比，按照比例进行空间中剩余的磁场能量分配，如此，完成量子器件对应的电感能量占比的计算；本公开方案，对于能量配分理论的成功应用有着重要的意义，而且，有助于更加精确的刻画出量子芯片的特征参数，对于超导量子芯片的仿真验证具有重要的实用价值。其次，本公开方案能够基于得到的量子器件所对应的电感能量占比，计算得到量子器件的裸态信息，以及任意两量子器件之间的耦合强度。本公开方案适用范围非常广，不限制量子器件的类型，不限制量子器件的频率区间，也不限于频率区间的耦合强度，而且，既可以处理含有约瑟夫森结的量子器件，也可以进行不含约瑟夫森结的量子器件的，因此，具有极强的通用性，对于超导量子芯片的设计和验证工作具有重要的实用价值。
综上所述，本公开方案具有以下几项优势，具体如下：
第一、通用性强，适用范围广。本公开方案可以处理含有目标结构(比如约瑟夫森结)的量子器件，也可处理不含有目标结构(比如约瑟夫森结)的量子器件，同时，不限制量子器件的频率范围，适配于任意频率区间的仿真，具有较强的通用性。另外，本公开方案采用高频电磁场仿真，因此，可以适配于非集总元件。而且，对于非共振的不含约瑟夫森结的情况，本公开方案同样可以处理，因此，填补了现有方案无法应对非共振的不含约瑟夫森结的场景。
第二、极简的计算步骤。本公开方案在处理含有目标结构(比如约瑟夫森结)的量子器件时，无需考虑该量子器件的目标结构(比如约瑟夫森结)的电感值，避免了计算约瑟夫森结的电感能量的复杂处理过程；同时，对任意量子器件的仿真流程均相同，仿真方法简单高效，便于流程化、通用化。
第三、结果更加精确。本公开方案采用了高频电磁场仿真，该处理方法相当于把每个量子器件均当做非集总元件来处理，因此，相比于现有方案，本公开方案的结果更加接近真实情况，更加精确。
本公开方案还提供了一种仿真装置，如图18所示，包括：
第一处理单元1801，用于基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比其中，所述第一电感能量占比/>用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一；基于所述第一电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>其中，所述第二电感能量占比/>表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域；
第二处理单元1802，用于基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
在本公开方案的一具体示例中，还包括：第一信息确定单元，其中，所述第一信息确定单元，用于基于所述目标电感能量占比pmn，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到目标转换信息，其中，所述目标转换信息用于表征所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息与所述本征模式m下量子器件n的裸态信息之间的关联关系。
在本公开方案的一具体示例中，还包括：第二信息确定单元；其中，所述第二信息确定单元，用于基于所述目标转换信息，得到以下至少之一：所述量子芯片中量子器件的裸态信息，所述多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。
在本公开方案的一具体示例中，所述第一处理单元1801，具体用于：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
将第一比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
其中，所述第一比值为：所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量及所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>之和，与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。
在本公开方案的一具体示例中，所述第一处理单元1801，具体用于：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，计算得到本征模式m下量子器件n沿电压积分线的电压vmn；
基于所述量子器件n的目标结构对应的等效电感、仿真得到的芯片版图在本征模式m下的缀饰态信息ω′m，以及所述到本征模式m下量子器件n沿所述量子器件n的电压积分线的电压vmn，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
在本公开方案的一具体示例中，所述第一处理单元1801，具体用于：
在所述量子器件n不含有目标结构的情况下，基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
将第二比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
其中，所述第二比值为：所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。
在本公开方案的一具体示例中，所述目标结构为电感可调组件。
在本公开方案的一具体示例中，所述电感可调组件为：约瑟夫森结或约瑟夫森结链。
在本公开方案的一具体示例中，所述量子器件n的第一区域为所述量子器件n对应的积分区域，用于收集磁场能量。
在本公开方案的一具体示例中，所述量子芯片为超导量子芯片。
本公开实施例的装置的各单元的具体功能和示例的描述，可以参见上述方法实施例中对应步骤的相关描述，在此不再赘述。
本公开方案还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，当至少一个量子处理单元执行时，所述计算机指令使得所述至少一个量子处理单元执行以上应用量子计算设备的所述方法。
本公开方案还提供了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至少一个量子处理单元执行时实现应用于量子计算设备所述的方法。
本公开方案还提供了一种计算设备，所述计算设备包括：
至少一个量子处理单元(quantum processing unit，QPU)；
存储器，耦合到所述至少一个QPU并用于存储可执行指令，
所述指令被所述至少一个量子处理单元执行，以使所述至少一个量子处理单元能够执行应用于量子计算设备所述的方法。
可以理解的是，本公开方案所述的中使用的量子处理单元，也可称为量子处理器或量子芯片，可以涉及包括多个以特定方式互连的量子比特的物理芯片。
而且，可以理解的是，本公开方案所述的量子比特可以指量子计算设备的基本信息单元。量子比特包含在QPU中，并推广了经典数字比特的概念。
进一步地，根据本公开的实施例，本公开还提供了一种计算设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图19示出了可以用来实施本公开的实施例的示例计算设备1900的示意性框图。计算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。计算设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字助理、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19所示，设备1900包括计算单元1901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1902中的计算机程序或者从存储单元1908加载到随机访问存储器(RAM)1903中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1903中，还可存储设备1900操作所需的各种程序和数据。计算单元1901、ROM 1902以及RAM 1903通过总线1904彼此相连。输入/输出(I/O)接口1905也连接至总线1904。
设备1900中的多个部件连接至I/O接口1905，包括：输入单元1906，例如键盘、鼠标等；输出单元1907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1909允许设备1900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1901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1901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1901执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子芯片版图的仿真方法。例如，在一些实施例中，量子芯片版图的仿真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1908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1902和/或通信单元1909而被载入和/或安装到设备1900上。当计算机程序加载到RAM 1903并由计算单元1901执行时，可以执行上文描述的量子芯片版图的仿真方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元1901可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行量子芯片版图的仿真方法。
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、现场可编程门阵列(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)
1.一种量子芯片版图的仿真方法，包括：
基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比其中，所述第一电感能量占比/>用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一；所述量子器件n的第一区域为所述量子器件n对应的积分区域，用于收集磁场能量；
基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比/>其中，所述第二电感能量占比/>表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域；
基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述目标电感能量占比pmn，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到目标转换信息，其中，所述目标转换信息用于表征所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息与所述本征模式m下量子器件n的裸态信息之间的关联关系。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
基于所述目标转换信息，得到以下至少之一：所述量子芯片中量子器件的裸态信息，所述多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比包括：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
将第一比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
其中，所述第一比值为：所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量及所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>之和，与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量包括：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，计算得到本征模式m下量子器件n沿电压积分线的电压vmn；
基于所述量子器件n的目标结构对应的等效电感、仿真得到的芯片版图在本征模式m下的缀饰态信息ω′m，以及所述到本征模式m下量子器件n沿所述量子器件n的电压积分线的电压vmn，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比包括：
在所述量子器件n不含有目标结构的情况下，基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
将第二比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
其中，所述第二比值为：所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。
7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其中，所述目标结构为电感可调组件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电感可调组件为：约瑟夫森结或约瑟夫森结链。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法，所述量子芯片为超导量子芯片。
10.一种仿真装置，包括：
第一处理单元，用于基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比其中，所述第一电感能量占比/>用于表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值关系；所述芯片版图为刻画量子芯片的物理结构的版图；所述芯片版图所刻画的所述量子芯片包含有多个量子器件，所述量子器件n为所述多个量子器件之一；所述量子器件n的第一区域为所述量子器件n对应的积分区域，用于收集磁场能量；基于所述第一电感能量占比得到所述本征模式m在空间中量子器件n的第二区域所对应的第二电感能量占比其中，所述第二电感能量占比/>表征本征模式m在空间中存储于量子器件n的第二区域内的电感能量，与本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值；所述量子器件n的第二区域为所述空间中除量子器件n的第一区域以外的至少部分区域；
第二处理单元，用于基于所述第一电感能量占比和第二电感能量占比/>得到所述本征模式m在空间中量子器件n所对应的目标电感能量占比pmn。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括：第一信息确定单元；其中，所述第一信息确定单元，用于基于所述目标电感能量占比pmn，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到目标转换信息，其中，所述目标转换信息用于表征所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息与所述本征模式m下量子器件n的裸态信息之间的关联关系。
12.根据权利要求11所述的装置，还包括：第二信息确定单元；其中，所述第一信息确定单元，用于基于所述目标转换信息，得到以下至少之一：所述量子芯片中量子器件的裸态信息，所述多个量子器件中任意两个量子器件之间的耦合强度。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一处理单元，具体用于：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，以及仿真得到的所述芯片版图所刻画的量子芯片在本征模式m下的缀饰态信息，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
将第一比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
其中，所述第一比值为：所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量及所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量/>之和，与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一处理单元，具体用于：
在所述量子器件n含有目标结构的情况下，基于仿真得到的芯片版图的本征模式m在空间中的电磁场分布信息，计算得到本征模式m下量子器件n沿电压积分线的电压vmn；
基于所述量子器件n的目标结构对应的等效电感、仿真得到的芯片版图在本征模式m下的缀饰态信息ω′m，以及所述到本征模式m下量子器件n沿所述量子器件n的电压积分线的电压vmn，得到所述本征模式m在空间中量子器件n的目标结构上的电感能量
15.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一处理单元，具体用于：
在所述量子器件n不含有目标结构的情况下，基于所述本征模式m在空间中的电磁场分布信息，得到本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量以及得到所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>
将第二比值作为所述本征模式m在空间中量子器件n的第一区域所对应的第一电感能量占比
其中，所述第二比值为：所述本征模式m在空间中存储于量子器件n的第一区域内的电感能量与所述本征模式m在空间中存储的总电感能量/>的比值。
16.根据权利要求13-15任一项所述的装置，其中，所述目标结构为电感可调组件。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述电感可调组件为：约瑟夫森结或约瑟夫森结链。
18.根据权利要求10-15任一项所述的装置，所述量子芯片为超导量子芯片。
19.一种计算设备，包括：
至少一个量子处理单元QPU；
存储器，耦合到所述至少一个QPU并用于存储可执行指令，
所述指令被所述至少一个QPU执行，以使所述至少一个QPU能够执行权利要求1-9中任一项所述的方法；
或者，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，其特征在于，当至少一个量子处理单元执行时，所述计算机指令使得所述至少一个量子处理单元执行根据权利要求1-9任一项所述的方法；
或者，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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