CN116596080A - 一种提高量子计算稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及量子计算技术领域，特别涉及一种提高量子计算稳定性的方法。本发明提供一种提高量子计算稳定性的方法，包括：在量子芯片一侧2~4cm处设置干扰层；干扰层沿厚度方向依次包括变频层和反射层，变频层靠近量子芯片，变频层的制备材料包括形状记忆金属或负泊松比材料，反射层用于反射入射至其表面的电磁波，变频层设置有电磁感应器以探测电磁波的强度；利用电磁感应器采集量子芯片的电磁波强度；当电磁感应器接收到量子芯片的电磁波信号强度高于预设值持续1s以上时，控制变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率。本发明提供了一种提高量子计算稳定性的方法，能够提供一种减弱或消除电磁共振以提高量子计算稳定性的方法。

Description

一种提高量子计算稳定性的方法

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，特别涉及一种提高量子计算稳定性的方法。

背景技术

量子芯片是实现量子计算的必要元件。

在进行量子计算时，需要对量子芯片施加微波脉冲以对比特量子态进行操作，进而通过接受返回的脉冲信号获取量子比特状态信息，完成量子计算。但是，芯片内的量子线路会和封装壳形成电磁共振，电磁共振震荡强度较大，进而会对量子线路中的量子比特产生干扰，最终影响量子计算的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供了一种提高量子计算稳定性的方法，能够提供一种减弱或消除电磁共振以提高量子计算稳定性的方法。

本发明实施例提供一种提高量子计算稳定性的方法，包括：

在量子芯片一侧2~4cm处设置干扰层；其中，所述干扰层沿厚度方向依次包括变频层和反射层，所述变频层靠近所述量子芯片，所述变频层的制备材料包括形状记忆金属或负泊松比材料，所述反射层用于反射入射至其表面的电磁波，所述变频层设置有电磁感应器以探测电磁波的强度；

利用所述电磁感应器采集量子芯片的电磁波强度；

当所述电磁感应器接收到量子芯片的电磁波信号强度高于预设值持续1s以上时，控制所述变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率。

在一种可能的设计中，所述变频层包括多个基本单元，每个所述基本单元包括至少一个呈环状的导体。

在一种可能的设计中，所述变频层的制备材料为负泊松比材料，所述变频层包括多个由负泊松比材料制成的基本单元，每个所述基本单元上均包括至少一个呈环状的导体，所述基本单元为正方形，所述变频层边缘以外的所述基本单元的四个顶点分别和四个所述基本单元的顶点连接；

所述控制所述变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率，包括：

拉伸所述变频层使每个所述基本单元发生旋转，改变呈环状的导体的间距以改变所述变频层感应电磁波的频率。

在一种可能的设计中，所述负泊松比材料为形状记忆复合材料，所述形状记忆复合材料包括形状记忆基体和增强体，所述形状记忆基体包括形状记忆聚合物，所述增强体包括玻璃纤维、凯夫拉纤维和石墨纤维中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述形状记忆金属和负泊松比材料通过4D打印技术制得。

在一种可能的设计中，所述变频层包括基底层和设置在所述基底层上的多个所述基本单元，所述基本单元上均包括由形状记忆金属制成的呈环状的导体；

所述控制所述变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率，包括：

通过控制所述形状记忆金属的温度来使其变形，进而实现改变感应电磁波频率的效果。

在一种可能的设计中，所述基本单元包括三个环状的导体，三个环状的导体几何中心相同，由内到外依次为第一环体、第二环体和第三环体，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体的环宽均为2~6mm，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体之间的间隔均为2~6mm。

在一种可能的设计中，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体在第一温度时均为圆环，在第二温度时均为矩形环，所述第一温度和所述第二温度不同。

在一种可能的设计中，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体内部均设置有电阻丝，所述电阻丝与变压电源连接以控制所述电阻丝的温度。

在一种可能的设计中，还包括：将所述量子芯片设置在稀释制冷机的制冷仓中，所述制冷仓中设置有隔离仓，所述隔离仓的制备材料为透波隔热材料，所述干扰层设置在所述隔离仓中。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

在本发明的实施例中，当量子芯片产生电磁共振时，电磁共振产生的震荡电磁波传播至干扰层时，其首先入射到变频层，变频层改变电磁波的频率后反射一部分变频电磁波到量子芯片上，另一部分变频电磁波透过变频层后经由反射层反射，穿过变频层，穿过变频层时，频率再次发生变化，再次发生频率变化的电磁波同样最终入射到量子芯片上，最终，两种与电磁共振产生的震荡电磁波不同频率的电磁波入射到量子芯片的壳体表面，干扰并破坏了量子芯片内部产生的共振状态，无法形成共振状态的电磁波的强度较低，也就无法干扰量子芯片内部的量子比特状态。

由于量子芯片产生电磁共振的频率并不一致，变频层的变频效果并不稳定，最终的干扰效果也就无法保证。因此，利用形状记忆金属或负泊松比材料制备干扰层，当变频层针对当前电磁共振无法取得较好的变频效果时，电磁感应器会接收到的电磁波强度较高。在电磁感应器中设置预设值，当电磁共振的电磁波的强度超过预设值1s以上时，控制变形层中的形状记忆金属变形，或是改变负泊松比材料的形状，进而改变变频层的结构，使变频层针对当前的共振电磁波的频率具有优异的变频效果。

需要说明的是，固定的结构仅仅能够针对某一波段具有较好的变频效果。因此，本申请使用形状记忆金属或负泊松比材料制备变频层，使其具有结构可变的效果。由于量子芯片产生共振状态的电磁波频率并不固定，因此，利用频率可变的变频层来调节变频层的有效变频波段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种提高量子计算稳定性的方法的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种包括形状记忆金属的基本单元的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种包括形状记忆金属的基本单元的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种包括负泊松比材料的基本单元的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种包括负泊松比材料的基本单元的结构示意图。

图中：

100-制冷仓；

200-隔离仓；

1-量子芯片；

2-干扰层；

21-变频层；

211-基本单元；

211a-第一环体；

211b-第二环体；

211c-第三环体；

22-反射层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种提高量子计算稳定性的方法，包括：

在量子芯片1一侧2~4cm处设置干扰层2；其中，干扰层2沿厚度方向依次包括变频层21和反射层22，变频层21靠近量子芯片1，变频层21的制备材料包括形状记忆金属或负泊松比材料，反射层22用于反射入射至其表面的电磁波，变频层21设置有电磁感应器以探测电磁波的强度；

利用电磁感应器采集量子芯片1的电磁波强度；

当电磁感应器接收到量子芯片1的电磁波信号强度高于预设值持续1s以上时，控制变频层21改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率。

在本发明的实施例中，当量子芯片产生电磁共振时，电磁共振产生的震荡电磁波传播至干扰层时，其首先入射到变频层，变频层改变电磁波的频率后反射一部分变频电磁波到量子芯片上，另一部分变频电磁波透过变频层后经由反射层反射，穿过变频层，穿过变频层时，频率再次发生变化，再次发生频率变化的电磁波同样最终入射到量子芯片上，最终，两种与电磁共振产生的震荡电磁波不同频率的电磁波入射到量子芯片的壳体表面，干扰并破坏了量子芯片内部产生的共振状态，无法形成共振状态的电磁波的强度较低，也就无法干扰量子芯片内部的量子比特状态。

由于量子芯片产生电磁共振的频率并不一致，变频层的变频效果并不稳定，最终的干扰效果也就无法保证。因此，利用形状记忆金属或负泊松比材料制备干扰层，当变频层针对当前电磁共振无法取得较好的变频效果时，电磁感应器会接收到的电磁波强度较高。在电磁感应器中设置预设值，当电磁共振的电磁波的强度超过预设值1s以上时，控制变形层中的形状记忆金属变形，或是改变负泊松比材料的形状，进而改变变频层的结构，使变频层针对当前的共振电磁波的频率具有优异的变频效果。

需要说明的是，固定的结构仅仅能够针对某一波段具有较好的变频效果。因此，本申请使用形状记忆金属或负泊松比材料制备变频层，使其具有结构可变的效果。由于量子芯片产生共振状态的电磁波频率并不固定，因此，利用频率可变的变频层来调节变频层的有效变频波段。

需要说明的是，本实施例提供的方法依托于量子计算装置，量子计算装置除了上述各部件外，还包括导线，导线的一端与量子芯片连接，另一端与外部的微波脉冲装置、信号接收装置等设备连接。

在本发明的一些实施例中，变频层21包括多个基本单元211，每个基本单元211包括至少一个呈环状的导体。

在本实施例中，多个环状导体能够产生感应电磁场阵列，变频效果更好。

在本发明的一些实施例中，变频层21的制备材料为负泊松比材料，变频层21包括多个由负泊松比材料制成的基本单元211，每个基本单元211上均包括至少一个呈环状的导体，基本单元211为正方形，变频层21边缘以外的基本单元211的四个顶点分别和四个基本单元211的顶点连接；

控制变频层21改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率，包括：

拉伸变频层21使每个基本单元211发生旋转，改变呈环状的导体的间距以改变变频层21感应电磁波的频率。

在本实施例中，反射层和变频层未固定连接，如此设置，变频层在变形时不会受到反射层的限制。由于变频层为负泊松比材料制备，在其受到拉伸的力时，其表现效果为受到多个力拉伸的状态，又因为其由多个基本单元由顶点互相连接，因此，变频层受力时，其受力表现为受多个力拉扯，进而基本单元在拉扯下会发生一定的旋转，多个基本单元之间形成缝隙。由于基本单元位置的变化，基本单元上的环形导体（优选矩形环）之间的间距和角度同样发生了变化，如此改变了感应电磁波的频率。部分电磁波可直接由缝隙透过变频层被反射层反射，直接经过缝隙的电磁波和穿过基本单元的电磁波的强度和频率不同，如此能够形成更多不同频率的干扰电磁波。

需要说明的是，拉伸的力可以为来自于不同信号的刺激而产生的变形力，根据负泊松比材料的不同，刺激可以是热刺激、电刺激和光刺激。

在本发明的一些实施例中，负泊松比材料为形状记忆复合材料，形状记忆复合材料包括形状记忆基体和增强体，形状记忆基体包括形状记忆聚合物，增强体包括玻璃纤维、凯夫拉纤维和石墨纤维中的至少一种。

在本申请中，形状记忆聚合物的变形能力强，变形幅度大，技术成熟，增加增强体能够提升变形层整体的强度。

在本发明的一些实施例中，形状记忆金属和负泊松比材料通过4D打印技术制得。

在本实施例中，4D打印比3D打印多了一个“D”也就是时间维度，人们可以通过软件设定模型和时间，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。

在本发明的一些实施例中，变频层21包括基底层和设置在基底层上的多个基本单元211，基本单元211上均包括由形状记忆金属制成的呈环状的导体；

控制变频层21改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率，包括：

通过控制形状记忆金属的温度来使其变形，进而实现改变感应电磁波频率的效果。

在本实施例中，闭合的导体在震荡电磁波的影响下能够产生感应电流，感应电流形成新的变频电磁波，最终实现变频的效果。改变闭合导体温度时，闭合导体的形状会发生变化，感应电流的强度也会发生变化。形状和电流强度的变化使变频层21的有效作用波段发生变化，最终使变频层21能够适应不同频率的震荡电磁波。

需要说明的是，控制形状记忆金属的温度不同能够控制变形程度的不同。

需要说明的是，为了防止基底层阻碍形状记忆金属变形，在加工形状记忆合金变形状态时，使变形前形状和变形后形状存在位置不变点，例如，将圆环上的四个点作为不变点，变形后四个点为矩形的四条边的中点。在将形状记忆金属设置在基底层时，仅将不变点固定在基底上，如此可以避免基底层妨碍变形。

在本发明的一些实施例中，基本单元211包括三个环状的导体，三个环状的导体几何中心相同，由内到外依次为第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c，第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c的环宽均为2~6mm，第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c之间的间隔均为2~6mm。

经过大量的实验证明，基本单元211的参数在上述范围内，能够针对量子芯片1可能产生的所有电磁共振频率有优异的干扰效果。

在本发明的一些实施例中，第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c在第一温度时均为圆环，在第二温度时均为矩形环，第一温度和第二温度不同。

在本实施例中，第一温度可以是常温，第二温度为形状记忆金属的变态温度。在第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c由第一温度升温至第二温度的过程中，第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c逐渐由圆形变为矩形。

在本发明的一些实施例中，第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c内部均设置有电阻丝，电阻丝与变压电源连接以控制电阻丝的温度。

在本实施例中，在第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c内部设置电阻丝，电阻丝与变压电源连接，变压电压改变电压能够控制电阻丝的温度，进而控制第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c的变形程度，最终控制变频层21的有效变频波段。

在本发明的一些实施例中，还包括：将量子芯片1设置在稀释制冷机的制冷仓100中，制冷仓100中设置有隔离仓200，隔离仓200的制备材料为透波隔热材料，干扰层2设置在隔离仓200中。

在本实施例中，量子芯片1需要在低温环境中运行，低温环境由稀释制冷机提供。量子芯片1设置在稀释制冷机的制冷仓100中，从而满足量子芯片1的低温运算环境。但是，变频层21中的第一环体211a、第二环体211b和第三环体211c变形需要温度驱动，因此，在制冷仓100中利用透波隔热材料制备隔离仓200。隔离仓200能够隔热，同时又不妨碍电磁波的进出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种提高量子计算稳定性的方法，其特征在于，包括：

在量子芯片一侧2~4cm处设置干扰层；其中，所述干扰层沿厚度方向依次包括变频层和反射层，所述变频层靠近所述量子芯片，所述变频层的制备材料包括形状记忆金属或负泊松比材料，所述反射层用于反射入射至其表面的电磁波，所述变频层设置有电磁感应器以探测电磁波的强度；

利用所述电磁感应器采集量子芯片的电磁波强度；

当所述电磁感应器接收到量子芯片的电磁波信号强度高于预设值持续1s以上时，控制所述变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变频层包括多个基本单元，每个所述基本单元包括至少一个呈环状的导体。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变频层的制备材料为负泊松比材料，所述变频层包括多个由负泊松比材料制成的基本单元，每个所述基本单元上均包括至少一个呈环状的导体，所述基本单元为正方形，所述变频层边缘以外的所述基本单元的四个顶点分别和四个所述基本单元的顶点连接；

所述控制所述变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率，包括：

拉伸所述变频层使每个所述基本单元发生旋转，改变呈环状的导体的间距以改变所述变频层感应电磁波的频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负泊松比材料为形状记忆复合材料，所述形状记忆复合材料包括形状记忆基体和增强体，所述形状记忆基体包括形状记忆聚合物，所述增强体包括玻璃纤维、凯夫拉纤维和石墨纤维中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形状记忆金属和负泊松比材料通过4D打印技术制得。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变频层包括基底层和设置在所述基底层上的多个所述基本单元，所述基本单元上均包括由形状记忆金属制成的呈环状的导体；

所述控制所述变频层改变结构以调节其形成的感应电磁波的频率，包括：

通过控制所述形状记忆金属的温度来使其变形，进而实现改变感应电磁波频率的效果。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基本单元包括三个环状的导体，三个环状的导体几何中心相同，由内到外依次为第一环体、第二环体和第三环体，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体的环宽均为2~6mm，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体之间的间隔均为2~6mm。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体在第一温度时均为圆环，在第二温度时均为矩形环，所述第一温度和所述第二温度不同。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一环体、所述第二环体和所述第三环体内部均设置有电阻丝，所述电阻丝与变压电源连接以控制所述电阻丝的温度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：将所述量子芯片设置在稀释制冷机的制冷仓中，所述制冷仓中设置有隔离仓，所述隔离仓的制备材料为透波隔热材料，所述干扰层设置在所述隔离仓中。