CN117474112B - 量子芯片的参数确定方法及装置、滤波调控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种量子芯片的参数确定方法及装置、滤波调控方法及装置；涉及量子芯片领域，解决为了满足比特数目较多的量子芯片上的滤波功能而占用量子芯片大量空间的问题，滤波器共面波导上设置有约瑟夫森结，通过调节约瑟夫森结的临界电流，进而改变滤波器对应的等效电感，实现对滤波器中心频率的调整，通过筛选满足中心频率范围、带宽范围的初始长度及筛选电感集合，使得约瑟夫森结在调节时可以覆盖到所有谐振腔所需频率，实现通过一个滤波器覆盖所有谐振腔频段，由于该滤波器的中心频率可调，可以将滤波器的带宽设计得较窄以提高滤波效果，这样不会损失滤波的频率范围，也节省了滤波电路所需的空间，因此可以集成在比特数目较多的量子芯片上。
Description
技术领域
本申请涉及量子芯片领域，特别是涉及一种量子芯片的参数确定方法及装置、滤波调控方法及装置。
背景技术
量子计算机的发展已经达到了在某些特定问题上的计算能力可以超越经典计算机的程度。然而由于单比特的错误率并不能达到较为理想的水平，因此需要用上百个比特进行容错计算来实现一个比特的功能，这就使得所需的量子比特数目大大增加。考虑到比特数目众多，比特寿命又普遍较短，这就使得如何在不影响比特寿命的前提下实现比特状态的快速高保真读取显得尤为重要。在超导量子电路中，通过测量与量子比特耦合的谐振腔的状态可以得知量子比特的状态，这种间接测量的方式可以实现量子非破坏性测量，大大减小测量本身对量子比特的影响。尽管如此，量子比特仍然会通过这个额外的通道向外界传递能量，从而使比特寿命减小。
在电路中引入滤波电路可以抑制该过程，同时又不影响谐振腔与外界的耦合，从而使比特状态的快速读取与较高的比特寿命共存成为可能。因此，在超导电路中引入滤波电路可以有效提高量子芯片的性能。由于量子比特的数目非常庞大，如果给每一个比特都配备一个滤波器，量子芯片上的空间开销会非常大。为了节省空间，通常的做法是几个量子比特共用一个带通滤波器。多个比特共用一个滤波器时，不同比特之间的谐振腔频率串扰会更加明显。而降低谐振腔频率的串扰又要求谐振腔频率的覆盖范围不能太小。假如加工出来的滤波器工作频段有所偏移，并不能覆盖所需要的频率范围，那么一部分比特上的滤波效果就会很差，甚至可能出现在带通滤波器工作频段之外。
由此可见，如何解决在不占用量子芯片大量空间的同时满足比特数目较多的量子芯片上的滤波功能，是本领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种量子芯片的参数确定方法及装置、滤波调控方法及装置，解决为了满足比特数目较多的量子芯片上的滤波功能而占用量子芯片大量空间的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种量子芯片的参数确定方法，量子芯片包括：滤波器；滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，共面波导与读取线耦合；约瑟夫森结设置于共面波导上；输入耦合电容设置于共面波导的输入端；
方法包括：
根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围；
获取共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；
根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
若是，则输出筛选电感集合；
若否，则调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
根据筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度。
可选的，上述量子芯片的参数确定方法中，根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值，包括：
根据初始长度判断初始电感集合中是否存在满足中心频率范围的电感值；
若存在，根据满足中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波带宽数据集合；
判断滤波带宽数据集合是否满足带宽范围；
若满足，则判断为初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
若不存在或不满足，则判断为初始电感集合中不存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值。
可选的，上述量子芯片的参数确定方法中，根据满足中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波带宽数据集合，包括：
根据满足中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波品质因子数据集合；
根据滤波品质因子数据集合得到对应的滤波带宽数据集合。
可选的，上述量子芯片的参数确定方法中，共面波导包括第一共面波导段、第二共面波导段；
其中，第一共面波导段为共面波导的输入端到输出端的一段；第二共面波导段为共面波导的输出端到接地端的一段；
约瑟夫森结设置于第一共面波导段与第二共面波导段的交点处。
可选的，上述量子芯片的参数确定方法中，滤波器还包括：输出耦合电容；
输出耦合电容设置于读取线的输出端。
为解决上述问题，本申请还提供一种量子芯片的滤波调控方法，应用于上述量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；
方法包括：
以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；
根据比值曲线确定各谐振腔对应的偏置电流，作为谐振腔对应的工作电流；
在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。
可选的，上述量子芯片的滤波调控方法中，以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线，包括：
以第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的第一曲线；
根据第一曲线确定各谐振腔的目标中心频率和带宽，即对应的电流偏置范围；
在电流偏置范围内，以第二预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的第二曲线；
将第二曲线作为比值曲线。
可选的，上述量子芯片的滤波调控方法中，以第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，包括：
在约瑟夫森结的振荡周期内，以第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端。
为解决上述问题，本申请还提供一种量子芯片的参数确定装置，量子芯片包括：滤波器；滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，共面波导与读取线耦合；约瑟夫森结设置于共面波导上；输入耦合电容设置于共面波导的输入端；
装置包括：
调节范围确定模块，用于根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围；
初始数据获取模块，用于获取共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；
判断模块，用于根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；若是，则触发结果输出模块，若否，则触发调节模块；
结果输出模块，用于输出筛选电感集合；
调节模块，用于调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
参数确定模块，用于根据筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度。
为解决上述问题，本申请还提供一种量子芯片的滤波调控装置，应用于根据上述的参数确定方法所制备的量子芯片；
装置包括：
扫描模块，用于以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；
分析模块，用于根据比值曲线确定各谐振腔对应的偏置电流，作为谐振腔对应的工作电流；
读取模块，用于在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。
本申请所提供的量子芯片的参数确定方法，量子芯片包括：滤波器；滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，共面波导与读取线耦合；约瑟夫森结设置于共面波导上；输入耦合电容设置于共面波导的输入端；根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围；获取共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；若是，则输出筛选电感集合；若否，则调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；根据筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度。本申请提供的滤波器，其共面波导上设置有约瑟夫森结，通过调节约瑟夫森结的临界电流，进而改变滤波器对应的等效电感，实现对滤波器中心频率的调整，通过筛选满足中心频率范围、带宽范围的初始长度及筛选电感集合，使得约瑟夫森结在调节时可以覆盖到所有谐振腔所需频率，通过一个滤波器即可实现覆盖所有谐振腔频段、且在使用过程中带宽、滤波器的中心频率可以通过调节约瑟夫森结的临界电流进行调节，实现更好的滤波效果。
另外，本申请还提供一种量子芯片的参数确定装置，与上述量子芯片的参数确定方法对应，效果同上。
本申请所提供的量子芯片的滤波调控方法，应用于根据上述量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；根据比值曲线确定各谐振腔对应的偏置电流，作为谐振腔对应的工作电流；在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。通过扫描得到各谐振腔的工作电流，当需要进行读取时，则调节约瑟夫森结的工作电流，使滤波器工作在对应的中心频率和带宽范围下，由于该滤波器的中心频率可调，滤波器的带宽可以设计地较窄以提高滤波效果，同时不会损失滤波的频率范围，多个谐振腔共用一个滤波器，大大节省了滤波电路所需的空间，因此可以集成在比特数目较多的量子芯片上。
另外，本申请还提供一种量子芯片的滤波调控装置，与上述量子芯片的滤波调控方法对应，效果同上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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为本申请实施例提供的一种量子芯片的参数确定方法的流程图；
图2为一种普通的量子芯片的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种量子芯片的示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种量子芯片的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种量子芯片的等效电路图；
图6为本申请实施例提供的一种量子芯片的滤波调控方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的一种量子芯片的参数确定装置的结构图；
图8为本申请实施例提供的一种量子芯片的滤波调控装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种量子芯片的参数确定方法及装置、滤波调控方法及装置。
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。
在超导量子电路中，直接测量量子比特的状态会使比特能量向外界快速耗散，从而使比特状态被破坏。一种常见的解决方法是通过测量与比特耦合的谐振腔的状态间接得知量子比特的状态，具体来说，由于量子比特与谐振腔之间通常处于强耦合的状态，因此可以通过测量谐振腔的频移来确定比特的状态，避免了对比特进行直接操作，从而实现对量子比特的非破坏性测量。
由于量子比特的数目非常庞大，如果给每一个比特都配备一个滤波器，量子芯片上的空间开销会非常大。为了节省空间，通常的做法是几个量子比特共用一个带通滤波器。将多个频率相同的谐振腔作为一个滤波器使用，这会提高滤波效果但由于单个谐振腔的占用空间很大，因此这会极大提高滤波器在芯片上的占用空间，使得留给比特的空间被进一步压缩。此外，多个比特共用一个滤波器时，不同比特之间的谐振腔频率串扰会更加明显。一种常用的处理方式是将不同比特对应的谐振腔频率尽可能分开以减小串扰，但这样就需要采用带宽较大的带通滤波器，以使其可以通过的频率范围能够覆盖所有比特对应谐振腔的本征频率。这就使得单个比特受到的滤波效果大打折扣，这点对频率远离带通滤波器中心频率的谐振腔尤为明显。
滤波器需要集成在量子芯片上，并让几个比特对应的谐振腔共用一个滤波器，而降低谐振腔频率的串扰又要求谐振腔频率的覆盖范围不能太小。假如加工出来的滤波器工作频段有所偏移，并不能覆盖所需要的频率范围，那么一部分比特上的滤波效果就会很差，甚至可能出现在带通滤波器工作频段之外。
因此，需要提供一种可以实现覆盖所有谐振腔频段、且带宽较窄、且滤波器的中心频率不偏移的滤波器，本实施例提供一种量子芯片的参数确定方法，量子芯片包括：滤波器；滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，共面波导与读取线耦合；约瑟夫森结设置于共面波导上；输入耦合电容设置于共面波导的输入端；
如图1所示，方法包括：
S11：根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围；
S12：获取共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；
S13：根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
S14：若是，则输出筛选电感集合；
S15：若否，则调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
S16：根据筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度。
滤波器常见的实现方式是基于λ/2波长或者λ/4波长的共面波导。本实施例以基于λ/4波长共面波导的滤波器为例，图2为一种普通的量子芯片的示意图，如图2所示，为一种基于λ/4波长共面波导的滤波器，通过调整输入电容Cin的值同样也可以调节滤波器的带宽；考虑集总元件模型，滤波器的品质因子可以简化为：
；
其中，为品质因子，l b 为滤波器共面波导的输出端到接地端的距离，l=l a +l b 为滤波器共面波导的总长，l a 为滤波器共面波导的输入端到输出端的距离。而滤波器的外部品质因子与耗散速率满足：/>，ω F 表示滤波器的通带频率，它可以用于表征滤波器的带宽大小，因此滤波器的带宽也与l b 的大小有关。随着l b 的增大，滤波器输出端的电压逐渐上升，对应的带宽也逐渐增大。若是换成基于λ/2波长谐振腔的滤波器，只需要在滤波器的共面波导的右侧添加一个输出耦合电容即可。
图3为本申请实施例提供的一种量子芯片的示意图，如图3所示，Cin为输入耦合电容；虚框部分为并联的约瑟夫森结11，约瑟夫森结11的控制端以DC端表示；Fc为滤波器的共面波导部分，l a 表示共面波导的输入端至输出端的距离。滤波器输出耦合电容或者共面波导输出端到接地端的部分被替换成了并联接地的约瑟夫森结，DC为末端接地的共面波导，它提供直流电流偏置，可以为并联的约瑟夫森结内部提供局域磁场，从而改变约瑟夫森结的临界电流，进而改变滤波器对应的等效电感，实现对滤波器中心频率的调整。
图4为本申请实施例提供的另一种量子芯片的示意图，如图4所示，l a 被两个并联的约瑟夫森结Ja分成l a1和l a2两部分，共面波导输出端到接地端的l b 部分被保留，并且也被两个并联的约瑟夫森结Jb分成l b1和l b2两部分；两组约瑟夫森结Ja和Jb分别通过直流电流偏置DC1和DC2进行局域磁场的调节。
图3与图4的区别是是否存在单独的共面波导输出端到接地端的部分l b ，若存在，则在输出端到接地端设置另一个约瑟夫森结，若不存在，则在输出端设置约瑟夫森结。
图5为本申请实施例提供的一种量子芯片的等效电路图，如图5所示，滤波器的共面波导部分可以表示为虚框中的等效电容Cf和等效电感Lf；电容C1r一直到Cnr为n个不同比特对应的谐振腔与滤波器之间的耦合电容，C12一直到Cn2为n个不同比特与对应的谐振腔之间的耦合电容，这些不同的比特对应的谐振腔共用同一个滤波器。Cn1、Ln1并联结构表示谐振腔；Cn3、Jn1并联结构表示量子比特。
根据上述说明可见，滤波器的输入端至输出端的长度滤波器的中心频率范围和带宽范围；另外，约瑟夫森结的面积也影响滤波器的中心频率范围和带宽范围，在量子芯片设计阶段需要确定其具体参数。
本实施例中，步骤S11根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围，是根据需要使用的谐振腔的参数确定一个大的中心频率范围、带宽范围，以确保滤波器可以覆盖到这些谐振腔。
约瑟夫森结（Josephson junction），或称为超导隧道结。一般是由两块 超导体夹以某种很薄的势垒层（厚度 ≤ Cooper电子对的相干长度）而构成的结构，例如S(超导体)—I(半导体或绝缘体)—S(超导体)结构，简称SIS。一个约瑟夫森结的临界电流是由它的面积所决定的，面积越大，临界电流值就越高。一个约瑟夫森结在电路中可以等效为一个电感。利用约瑟夫森结的方程可以得到约瑟夫森结的等效电感。
步骤S12则预设一个输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合，可以通过电感值反向计算约瑟夫森结的面积。
约瑟夫森结设置于共面波导上，两个并联的约瑟夫森结接地，可以通过调节滤波器中约瑟夫森结在共面波导中的位置以及结附近的直流偏置来实现对滤波器频率和带宽的调节。如果将单个或者多个约瑟夫森结做成浮地的形式，即直接串联在共面波导的中心导体中，不仅可以缩短滤波器的尺寸，同时也可以实现同样的效果。
步骤S13根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值，可以依次模拟任意一组组合条件下是否满足条件，也可以先筛选满足条件的一类参数，再筛选满足另一条件的参数。
若不存在满足条件的参数，则调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值。
根据筛选后的筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度，以确定量子芯片的设计参数。
在实际的芯片加工中，滤波器中心频率与谐振腔频率之间可能会存在整体的偏移，由于通常的带通滤波器中心频率不可调，因此这种偏移在加工完成后通常无法修正。而对于添加了约瑟夫森结为可调电感的滤波器来说，通过直流电流偏置可以调节滤波器的中心频率，从而修正该频率偏移，实现更好的滤波效果。这可以减轻滤波器参数设计整体频率偏移的压力，为芯片制备提供更大的容错空间。并且滤波器上的约瑟夫森结可以与比特上的约瑟夫森结一同制备，因此并没有提高工艺的复杂度，只需要在版图上做简单的调整即可完成。
通过本实施例提供的量子芯片的参数确定方法，量子芯片包括：滤波器；滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，共面波导与读取线耦合；约瑟夫森结设置于共面波导上；输入耦合电容设置于共面波导的输入端；根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围；获取共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；若是，则输出筛选电感集合；若否，则调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；根据筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度。本申请提供的滤波器，其共面波导上设置有约瑟夫森结，通过调节约瑟夫森结的临界电流，进而改变滤波器对应的等效电感，实现对滤波器中心频率的调整，通过筛选满足中心频率范围、带宽范围的初始长度及筛选电感集合，使得约瑟夫森结在调节时可以覆盖到所有谐振腔所需频率，通过一个滤波器即可实现覆盖所有谐振腔频段、且在使用过程中带宽、滤波器的中心频率可以通过调节约瑟夫森结的临界电流进行调节，实现更好的滤波效果。
根据上述实施例，本实施例提供一种具体的筛选方案，根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值，包括：
根据初始长度判断初始电感集合中是否存在满足中心频率范围的电感值；
若存在，根据满足中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波带宽数据集合；
判断滤波带宽数据集合是否满足带宽范围；
若满足，则判断为初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
若不存在或不满足，则判断为初始电感集合中不存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值。
本实施例首先根据初始长度判断初始电感集合中是否存在满足中心频率范围的电感值，筛选出满足条件的电感值后，确认各电感值下对应的滤波带宽范围，判断各个滤波带宽数据集合是否满足带宽范围，也就是带宽范围是否包含于滤波带宽数据集合中的带宽范围，筛选出满足带宽范围对应的电感值；若发现不存在满足中心频率范围的电感值或不满足带宽范围，则需调整初始长度重新判断。
通过一组约瑟夫森结电感的筛选电感集合，确定约瑟夫森结的面积与约瑟夫森结的工艺细节相关，需要保证的是所设计的约瑟夫森结面积S对应的内部磁场可调且并联接地的双结等效电感的调节范围能覆盖这一组电感值。由于谐振腔的频率通常设置在6-7GHz，滤波器在结上的等效电感也只占据有限的宽度，该条件通常可以满足。
至于带宽偏移量的修正问题，参照滤波器的品质因子公式，随着l a 的增大，l b 随之变小，滤波器的品质因子变大，滤波器带宽变窄。因此滤波器的带宽与l a 为负相关，且单调变化。因此，通过选取一组l a 进行仿真即可大致确定l a 与滤波器带宽的定量关系。
具体地，通过计算各电感值对应的滤波品质因子得到对应的滤波带宽，根据满足中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波带宽数据集合，包括：
根据满足中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波品质因子数据集合；
根据滤波品质因子数据集合得到对应的滤波带宽数据集合。
根据上述实施例，在一种具体的实施例中，共面波导包括第一共面波导段、第二共面波导段；
其中，第一共面波导段为共面波导的输入端到输出端的一段；第二共面波导段为共面波导的输出端到接地端的一段；
约瑟夫森结设置于第一共面波导段与第二共面波导段的交点处。
约瑟夫森结设置于第一共面波导段与第二共面波导段的交点处，通过一对约瑟夫森结对两段共面波导实现调节。
若是基于λ/2波长谐振腔的滤波器，则需要在滤波器的共面波导的右侧添加一个输出耦合电容，具体地，滤波器还包括：输出耦合电容；
输出耦合电容设置于读取线的输出端。
根据上述实施例，通过调整该滤波器中约瑟夫森结的位置、约瑟夫森结的面积和直流偏置电流这三个变量即可以实现滤波器中心频率和带宽的调节。其中前两个参数在滤波器设计阶段确定，可以确定滤波器的中心频率范围和带宽范围，而直流偏置电流则是在滤波器的使用阶段确定，可用于实现滤波器中心频率的调节。本实施例提供一种量子芯片的滤波调控方法，应用于根据上述量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；
如图6所示，方法包括：
S21：以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；
S22：根据比值曲线确定各谐振腔对应的偏置电流，作为谐振腔对应的工作电流；
S23：在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。
本实施例在量子芯片制备完成后，提供了一种使用过程中的滤波频率调节方法，通过不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线。在量子计算中，量子比特之间的相互作用是通过微波信号控制的。为了实现高效的量子计算，需要确保微波信号的频率与量子比特的中心频率相匹配。通过对输出微波信号与输入微波信号之间的比值进行测量，可以确定微波信号的频率，进而得到各量子比特对应的谐振腔的本征频率。
因此，根据比值曲线则可确定各谐振腔对应的偏置电流，作为后续谐振腔对应的工作电流，若需要对某个谐振腔进行读取时，则在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。通过一次详细的测量给出各谐振腔的工作电流对应关系，后续使用时只需查询可获取工作电流数值即可。对每个比特对应的谐振腔单独设置滤波器的中心频率，在提高滤波效率的同时还不损失可以滤波的频率范围。
通过本实施例提供的量子芯片的滤波调控方法，应用于根据上述量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；根据比值曲线确定各谐振腔对应的偏置电流，作为谐振腔对应的工作电流；在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。通过扫描得到各谐振腔的工作电流，当需要进行读取时，则调节约瑟夫森结的工作电流，使滤波器工作在对应的中心频率和带宽范围下，由于该滤波器的中心频率可调，滤波器的带宽可以设计得较窄以提高滤波效果，同时不会损失滤波的频率范围，多个谐振腔共用一个滤波器，大大节省了滤波电路所需的空间，因此可以集成在比特数目较多的量子芯片上。
根据上述实施例，具体地，以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线，包括：
以第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的第一曲线；
根据第一曲线确定各谐振腔的目标中心频率和带宽，即对应的电流偏置范围；
在电流偏置范围内，以第二预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的第二曲线；
将第二曲线作为比值曲线。
在本实施例中，通过两次扫描确定比值曲线，实现通过第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的第一曲线，目的是为了大概地找到所有谐振腔的频率。进一步地精细地分析，在各谐振腔对应的电流偏置范围，以第二预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的第二曲线；自然地，第二预设电流间隔小于第一预设电流间隔。以较小的电流间隔测量第二曲线，可确定各谐振腔地目标中心频率和带宽对应的工作电流的具体数值。
另外，以第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，包括：
在约瑟夫森结的振荡周期内，以第一预设电流间隔的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端。
约瑟夫森结的等效电感随直流电流偏置发生周期性的变化，因此扫描电流只需要在一个振荡周期内进行变化即可。
在上述实施例中，对于量子芯片的参数确定方法进行了详细描述，本申请还提供量子芯片的参数确定装置对应的实施例。需要说明的是，本申请从功能模块角度对装置部分的实施例进行描述。
基于功能模块的角度，本申请实施例提供的一种量子芯片的参数确定装置的结构图，量子芯片包括：滤波器；滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，共面波导与读取线耦合；约瑟夫森结设置于共面波导上；输入耦合电容设置于共面波导的输入端；
图7为本申请实施例提供的一种量子芯片的参数确定装置的结构图，如图7所示，装置包括：
调节范围确定模块21，用于根据读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围；
初始数据获取模块22，用于获取共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；
判断模块23，用于根据初始长度判断初始电感集合中是否存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；若是，则触发结果输出模块，若否，则触发调节模块；
结果输出模块24，用于输出筛选电感集合；
调节模块25，用于调节初始长度，直至初始电感集合中存在既满足中心频率范围且满足带宽范围的电感值；
参数确定模块26，用于根据筛选电感集合确定约瑟夫森结的面积，并根据当前初始长度确定共面波导的输入端至输出端的长度。
本申请实施例提供的量子芯片的参数确定装置中滤波器，其共面波导上设置有约瑟夫森结，通过调节约瑟夫森结的临界电流，进而改变滤波器对应的等效电感，实现对滤波器中心频率的调整，通过筛选满足中心频率范围、带宽范围的初始长度及筛选电感集合，使得约瑟夫森结在调节时可以覆盖到所有谐振腔所需频率，通过一个滤波器即可实现覆盖所有谐振腔频段、且在使用过程中带宽、滤波器的中心频率可以通过调节约瑟夫森结的临界电流进行调节，实现更好的滤波效果。
在上述实施例中，对于量子芯片的滤波调控方法进行了详细描述，本申请还提供量子芯片的滤波调控装置对应的实施例。需要说明的是，本申请从功能模块的角度对装置部分的实施例进行描述。
基于功能模块的角度，本申请实施例提供的一种量子芯片的滤波调控装置的结构图，一种量子芯片的滤波调控装置，应用于根据上述的量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；
图8为本申请实施例提供的一种量子芯片的滤波调控装置的结构图，如图8所示，装置包括：
扫描模块31，用于以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；
分析模块32，用于根据比值曲线确定各谐振腔对应的偏置电流，作为谐振腔对应的工作电流；
读取模块33，用于在工作电流下，读取对应的谐振腔的状态。
本实施例通过扫描得到各谐振腔的工作电流，当需要进行读取时，则调节约瑟夫森结的工作电流，使滤波器工作在对应的中心频率和带宽范围下，由于该滤波器的中心频率可调，滤波器的带宽可以设计地较窄以提高滤波效果，同时不会损失滤波的频率范围，多个谐振腔共用一个滤波器，大大节省了滤波电路所需的空间，因此可以集成在比特数目较多的量子芯片上。
以上对本申请所提供的量子芯片的参数确定方法及装置、滤波调控方法及装置进行了详细介绍。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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同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。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。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种量子芯片的参数确定方法，其特征在于，量子芯片包括：滤波器；所述滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，所述共面波导与读取线耦合；所述约瑟夫森结设置于所述共面波导上；所述输入耦合电容设置于所述共面波导的输入端；
所述方法包括：
根据所述读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围，其中，所述滤波器的品质因子为：
；
其中，为所述品质因子，l b 为滤波器所述共面波导的输出端到接地端的距离，l=l a +l b 为滤波器所述共面波导的总长，l a 为滤波器所述共面波导的输入端到输出端的距离；
获取所述共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，所述初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；
根据所述初始长度判断所述初始电感集合中是否存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值；
若是，则输出筛选电感集合；
若否，则调节所述初始长度，直至所述初始电感集合中存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值；
根据所述筛选电感集合确定所述约瑟夫森结的面积，并根据当前所述初始长度确定所述共面波导的输入端至输出端的长度。
2.根据权利要求1所述的量子芯片的参数确定方法，其特征在于，所述根据所述初始长度判断所述初始电感集合中是否存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值，包括：
根据所述初始长度判断所述初始电感集合中是否存在满足所述中心频率范围的电感值；
若存在，根据满足所述中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波带宽数据集合；
判断所述滤波带宽数据集合是否满足所述带宽范围；
若满足，则判断为所述初始电感集合中存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值；
若不存在或不满足，则判断为所述初始电感集合中不存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值。
3.根据权利要求2所述的量子芯片的参数确定方法，其特征在于，所述根据满足所述中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波带宽数据集合，包括：
根据满足所述中心频率范围的电感值集合得到对应的滤波品质因子数据集合；
根据所述滤波品质因子数据集合得到对应的滤波带宽数据集合。
4.根据权利要求1所述的量子芯片的参数确定方法，其特征在于，所述共面波导包括第一共面波导段、第二共面波导段；
其中，所述第一共面波导段为所述共面波导的输入端到输出端的一段；所述第二共面波导段为所述共面波导的输出端到接地端的一段；
所述约瑟夫森结设置于所述第一共面波导段与所述第二共面波导段的交点处。
5.根据权利要求4所述的量子芯片的参数确定方法，其特征在于，所述滤波器还包括：输出耦合电容；
所述输出耦合电容设置于所述读取线的输出端。
6.一种量子芯片的滤波调控方法，其特征在于，应用于根据权利要求1至5任意一项所述的量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；
所述方法包括：
以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；
根据所述比值曲线确定各谐振腔对应的所述偏置电流，作为所述谐振腔对应的工作电流；
在所述工作电流下，读取对应的所述谐振腔的状态。
7.根据权利要求6所述的量子芯片的滤波调控方法，其特征在于，所述以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线，包括：
以第一预设电流间隔的偏置电流扫描所述约瑟夫森结的电流控制端，获取所述读取线的输出端信号与输入端信号的第一曲线；
根据所述第一曲线确定各所述谐振腔的目标中心频率和带宽，即对应的电流偏置范围；
在所述电流偏置范围内，以第二预设电流间隔的偏置电流扫描所述约瑟夫森结的电流控制端，获取所述读取线的输出端信号与输入端信号的第二曲线；
将所述第二曲线作为所述比值曲线。
8.根据权利要求7所述的量子芯片的滤波调控方法，其特征在于，所述以第一预设电流间隔的偏置电流扫描所述约瑟夫森结的电流控制端，包括：
在所述约瑟夫森结的振荡周期内，以第一预设电流间隔的偏置电流扫描所述约瑟夫森结的电流控制端。
9.一种量子芯片的参数确定装置，其特征在于，量子芯片包括：滤波器；所述滤波器包括：共面波导、至少一对并联的约瑟夫森结、输入耦合电容；其中，所述共面波导与读取线耦合；所述约瑟夫森结设置于所述共面波导上；所述输入耦合电容设置于所述共面波导的输入端；
所述装置包括：
调节范围确定模块，用于根据所述读取线上耦合的谐振腔确定对应滤波的中心频率范围、带宽范围，其中，所述滤波器的品质因子为：
；
其中，为所述品质因子，l b 为滤波器所述共面波导的输出端到接地端的距离，l=l a +l b 为滤波器所述共面波导的总长，l a 为滤波器所述共面波导的输入端到输出端的距离；
初始数据获取模块，用于获取所述共面波导的输入端至输出端的初始长度、初始电感集合，其中，所述初始电感集合为预设的约瑟夫森结等效电感的集合；
判断模块，用于根据所述初始长度判断所述初始电感集合中是否存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值；若是，则触发结果输出模块，若否，则触发调节模块；
所述结果输出模块，用于输出筛选电感集合；
所述调节模块，用于调节所述初始长度，直至所述初始电感集合中存在既满足所述中心频率范围且满足所述带宽范围的电感值；
参数确定模块，用于根据所述筛选电感集合确定所述约瑟夫森结的面积，并根据当前所述初始长度确定所述共面波导的输入端至输出端的长度。
10.一种量子芯片的滤波调控装置，其特征在于，应用于根据权利要求1至5任意一项所述的量子芯片的参数确定方法所制备的量子芯片；
所述装置包括：
扫描模块，用于以不同的偏置电流扫描约瑟夫森结的电流控制端，获取读取线的输出端信号与输入端信号的比值曲线；
分析模块，用于根据所述比值曲线确定各谐振腔对应的所述偏置电流，作为所述谐振腔对应的工作电流；
读取模块，用于在所述工作电流下，读取对应的所述谐振腔的状态。
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