CN117709475A - 量子读取反馈信号链路和量子计算机 - Google Patents

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CN117709475A CN202410052025.XA CN202410052025A CN117709475A CN 117709475 A CN117709475 A CN 117709475A CN 202410052025 A CN202410052025 A CN 202410052025A CN 117709475 A CN117709475 A CN 117709475A
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孔伟成
贾志龙
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Abstract

本申请提供了量子读取反馈信号链路和量子计算机，所述量子读取反馈信号链路包括：至少一个隔离器，一个或多个隔离器用于设置于第一制冷层和/或第二制冷层以接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号；量子参量放大器，所述量子参量放大器用于设置于所述第二制冷层以接收并放大来自所述第一制冷层或者所述第二制冷层的隔离器的未放大的读取信号；其中，所述第一制冷层的温度低于所述第二制冷层的温度。该量子读取反馈信号链路减少了第一制冷层中的器件数量和量子参量放大器带来的能量消耗，节省了量子参量放大器在第一制冷层所占的空间，使得第一制冷层允许传输更多路读取信号，有助于实现更多量子比特的量子芯片。

Description

量子读取反馈信号链路和量子计算机
技术领域
本申请涉及量子比特信号测控技术领域，尤其涉及量子读取反馈信号链路和量子计算机。
背景技术
在相关技术中，量子比特的读取信号携带微弱的量子态信号，读取信号需要从极低温的量子芯片经过量子读取反馈信号链路传输到室温，量子读取反馈信号链路需要对读取信号进行放大并抑制不相关的噪声，以分离出量子态信号。例如，为了实现一路读取信号的传输，从低温到室温的量子读取反馈信号链路可能包括位于10mK温区的4个隔离器和1个量子参量放大器。当需要实现N路读取信号的传输时，所需要的隔离器和量子参量放大器均是成N倍增加，即，位于10mK温区的隔离器和量子参量放大器的数量大大增加，大大增加了量子计算的难度和成本。
基于此，本申请提供了量子读取反馈信号链路和量子计算机，以改进相关技术。
发明内容
本申请的目的在于提供量子读取反馈信号链路和量子计算机，减少了第一制冷层中的器件数量和量子参量放大器带来的能量消耗，节省了量子参量放大器在第一制冷层所占的空间。
本申请的目的采用以下技术方案实现：
第一方面，本申请提供了一种量子读取反馈信号链路，所述量子读取反馈信号链路包括：
至少一个隔离器，一个或多个隔离器用于设置于第一制冷层和/或第二制冷层以接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号；
量子参量放大器，所述量子参量放大器用于设置于所述第二制冷层以接收并放大来自所述第一制冷层或者所述第二制冷层的隔离器的未放大的读取信号；
其中，所述第一制冷层的温度低于所述第二制冷层的温度。
在一些实施例中，所述第一制冷层的温度不低于10mK且不高于20mK，和/或，所述第二制冷层的温度不低于120mK且不高于200mK。
在一些实施例中，所述至少一个隔离器包括第一隔离器至第三隔离器；
所述第一隔离器和第二隔离器用于串联设置于所述第一制冷层，所述第一隔离器用于接收来自所述量子芯片的未放大的读取信号，所述第二隔离器用于接收来自所述第一隔离器的未放大的读取信号；
所述第三隔离器用于设置于所述第二制冷层以接收来自所述第二隔离器的未放大的读取信号；
所述量子参量放大器用于接收并放大来自所述第三隔离器的未放大的读取信号。
在一些实施例中，所述至少一个隔离器还包括第四隔离器，所述量子读取反馈信号链路还包括低噪声放大器；
所述第四隔离器用于设置于第三制冷层以接收来自所述第三隔离器的未放大的读取信号；
所述低噪声放大器用于设置于第四制冷层以接收并放大来自所述量子参量放大器的放大后的读取信号或者接收并放大来自所述第四隔离器的未放大的读取信号。
在一些实施例中，所述未放大的读取信号为一个读取总线的读取信号，每个读取总线耦合一个或多个量子比特，每路读取信号的频率由相应一个或多个量子比特的读取谐振腔决定；
其中，所述量子参量放大器的目标工作参数根据谐振中心频率的点频增益确定，所述目标工作参数包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压中的一种或多种，所述谐振中心频率为谐振腔频段的中心频率，所述谐振腔频段包括耦合至所述读取总线的一个或多个量子比特的读取谐振腔的谐振频率。
在一些实施例中，所述谐振中心频率的点频增益的确定过程包括：
多次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，以分别获取每个频率fx对应的第二点频增益；
将所有第二点频增益中的最大值作为所述谐振中心频率的点频增益；
其中，获取频率fx对应的第二点频增益的过程包括：
在所述量子参量放大器的作用下，设定标准泵浦频率为fx且使泵浦功率和偏置电压变化，以测量所述谐振中心频率的多个第一输出增益，并将多个第一输出增益中的最大值作为第一点频增益；
在所述第一点频增益满足第一预设增益条件的情况下，将所述第一点频增益对应的泵浦功率和偏置电压分别作为第一泵浦功率和第一偏置电压；
在所述量子参量放大器的作用下，使标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别在各自对应的设定范围内变化，以测量所述谐振中心频率的多个第二输出增益，并将多个第二输出增益中的最大值作为第二点频增益；其中，标准泵浦频率对应的设定范围以频率fx为中心，泵浦功率对应的设定范围以第一泵浦功率为中心，偏置电压对应的设定范围以第一偏置电压为中心。
在一些实施例中，所述标准泵浦频率的可选输出频段满足以下任意一种条件：
所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；
所述可选输出频段和所述谐振腔频段存在重叠部分，且在多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率组成的频率组合中，任意两个频率之间的间隔大于或等于预设频率间隔，所述标准泵浦频率为所述可选输出频段中的任意频率，所述多个镜像频率包括每个谐振频率相对于所述标准泵浦频率的镜像频率。
在一些实施例中，所述预设频率间隔为20MHz。
在一些实施例中，所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；
所述谐振腔频段为[f0-a/2,f0+a/2]，f0为谐振中心频率；
所述标准泵浦频率的可选输出频段为[b,f0-a/2-c]∪[f0+a/2+c,d]；
其中，d>b>0，a>0，c>0，c为谐振腔频段的设计端值与实际端值的端值偏移量，b和d为预设测量范围的端值。
在一些实施例中，在所述量子参量放大器的作用下，在设定标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压后，测量任意频率fy的输出增益的过程包括：
设置所述量子参量放大器对应的偏移量Δ处于[fg-fp-m,fg-fp+m]区间，且使增益频段覆盖所述谐振腔频段，其中fg为目标频率，fp为标准泵浦频率，m>0，所述目标频率fg的取值范围为[f0-a/2-c,f0+a/2+c]；
将未放大的读取信号和泵浦信号输入所述量子参量放大器，以测量所述量子参量放大器的输出信号的功率；其中，读取信号的频率为fy，泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp；
根据所述未放大的读取信号的功率和所述输出信号的功率，计算得到频率fy的输出增益。
在一些实施例中，使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，以测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益和所述量子参量放大器的增益频段。
第二方面，本申请提供了一种量子计算机，包括量子芯片和一个或多个上述任一项量子读取反馈信号链路，所述量子芯片上设置有一个或多个读取总线，每个读取总线的输出端连接至一个所述量子读取反馈信号链路。
本申请提供的量子读取反馈信号链路和量子计算机，在该量子读取反馈信号链路中，将一个或多个隔离器设置在第一制冷层和/或第二制冷层，用于接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号。将量子参量放大器设置在第二制冷层，用于接收并放大来自第一制冷层或第二制冷层的隔离器的未放大的读取信号。量子参量放大器可以在温度较高的环境下工作，与将量子参量放大器设置于第一制冷层的相关技术相比，该量子读取反馈信号链路减少了第一制冷层中的器件数量和量子参量放大器带来的能量消耗，节省了量子参量放大器在第一制冷层所占的空间，使得第一制冷层允许传输更多路读取信号，有助于实现更多量子比特的量子芯片。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施方式进一步说明本申请。
图1是本申请实施例提供的一种量子读取反馈信号链路的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种量子读取反馈信号链路的结构框图。
图3是本申请实施例提供的一种量子参量放大器的测试方法的流程示意图。
图4是本申请实施例提供的一种获取频率fx对应的第二点频增益的流程示意图。
图5是本申请实施例提供的一种可选输出频段和谐振腔频段的分布示意图。
图6是本申请实施例提供的一种频率组合的分布示意图。
图7是本申请实施例提供的一种测量任意频率fy的输出增益的流程示意图。
图8是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构框图。
图9是本申请实施例提供的一种读取信号放大方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施方式的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
相比于传统的低噪声放大器，量子参量放大器的优势是额外附带的噪声极低。理想的量子参量放大器在放大单光子信号的同时，除了附带量子真空涨落扰动外不产生任何额外噪声。哪怕是在不够理想的情况下，噪声温度也只有300～600mK，低于低噪声放大器的2.1K典型噪声温度。可以说，量子参量放大器在弱信号放大的性能上超过低噪声放大器，把量子参量放大器用在量子信息处理上可以达到非常好的效果。
尽管读取谐振腔能够实现对量子比特(即，Qubit)的高效读取，但是很难在单光子级别达到同样的读取效果。为了提高读取保真度，必须增大探测信号的功率，从而导致Qubit退相干。然而，在量子参量放大器的作用下，即使输入单光子信号，放大后的读取信号同样能够有效地提取出Qubit的量子态信息，因而高保真度的Qubit量子态读取以及很多量子算法非常依赖于量子参量放大器的存在。有了量子参量放大器，就能够实现单光子的单次读出(single-shot readout)、持续但非破坏性的量子态监测、量子反馈、量子实时纠错等重要应用，也能在产生增益的同时额外压缩量子光场。
量子参量放大器的工作原理如下：利用约瑟夫森结的交流约瑟夫森效应(ACJosephson Effect)产生无损耗非线性项，再利用LC振荡电路构建出一个单模光场。再额外引入一个功率很大的泵浦信号(即，pump信号)，微弱的读取信号(即，signal信号)以及强大的泵浦信号共同进入量子参量放大器中，利用约瑟夫森结的高度非线性，增强四波混频工作模式或者三波混频工作模式的非线性相互作用，从而放大读取信号。如果单模光场的频率与读取信号的频率接近，则以上过程还会额外得到增强，最终读取信号离开量子参量放大器并获得可观的功率增益。在以上过程中，整体电路工作在超导状态，几乎没有任何耗散过程，因而附带噪声被降至量子真空涨落的水平。
单模光场是指在特定边界条件下(光场周围的环境状态，如波导/光纤尺寸、材料特性等)，求解麦克斯韦方程组，能够得到唯一稳定解，这个解就是单模光场，对应的边界条件就是单模条件，此时这个解也就是电磁波能够稳定传输的唯一状态。
约瑟夫森结也称为超导隧道结，一般是由两块超导体夹以某种很薄的势垒层(厚度≤Coope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。Cooper电子对即库珀电子对。
三波混频是非线性光学中的一个基本过程。在这个过程中，每产生(或湮灭)一个频率为ω3的光子，就会各有一个频率为ω1和ω2的光子湮灭(或产生)。和频(SFG)和差频(DFG)属于二阶非线性效应，也称三波混频；四波混频属于三阶非线性效应，在非线性光学中，无论是二阶还是三阶非线性效应的有效发生，都需要满足相位匹配。
本申请提供了量子读取反馈信号链路和量子计算机，以改进相关技术。
需要说明的是，虽然本申请以量子芯片为例，但本申请可以适用于其他量子计算设备，例如量子计算机、量子计算模拟设备等，本申请不对此设限。
参见图1和图2，图1是本申请实施例提供的一种量子读取反馈信号链路的结构示意图，图2是本申请实施例提供的一种量子读取反馈信号链路的结构框图。
本申请实施例提供了一种量子读取反馈信号链路，请结合图1和图2，所述量子读取反馈信号链路包括至少一个隔离器和量子参量放大器201。
在至少一个隔离器中，一个或多个隔离器用于设置于第一制冷层301和/或第二制冷层302以接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号。
所述量子参量放大器201用于设置于所述第二制冷层302以接收并放大来自所述第一制冷层301或者所述第二制冷层302的隔离器的未放大的读取信号。
其中，所述第一制冷层301的温度低于所述第二制冷层302的温度。
本申请实施例中，一个量子读取反馈信号链路用于传输量子芯片的一路读取信号。当量子芯片对应多路读取信号时，可以通过多个量子读取反馈信号链路来传输多路读取信号。量子芯片上可以设置有一个或多个量子比特以及一个或多个读取总线，每个读取总线可以耦合一个或多个量子比特，每个读取总线对应一路读取信号。量子读取反馈信号链路和读取总线一一对应，用于传输相应读取总线的读取信号。作为示例，量子芯片可以为超导量子芯片，其上设置有一个或多个超导量子比特。
本申请实施例中，隔离器起到控制信号的方向性传输的作用。本申请实施例对隔离器的类型不作限定，其例如可以是环形器。作为示例，环形器可以采用单结环形器或者双结环形器。环形器是一种多端口器件，利用环形器的非互易特性和铁氧体的磁性，电磁波在环形器的传输中只能沿单方向环行，沿反方向时信号隔离。在量子参量放大器201的输入端和/或输出端串接环形器可以隔离未放大的读取信号和量子参量放大器201的输出信号。环形器是无源无损耗的射频(RF)元件，通过对环形器的控制，可以减少读取信号反向回流到量子比特上，有助于保持读取信号的完整性，减少对量子比特可能的干扰，串接多个环形器可以进一步增强这种隔离效果，确保输出信号的稳定性和纯净度。
本申请实施例对隔离器的数量不作限定，其例如可以是一个或多个。在该量子读取反馈信号链路中，隔离器的数量可以是1、2、3、4、6、10、12等。在至少一个隔离器中，一个或多个隔离器用于设置于第一制冷层301和/或第二制冷层302，对应多种实施方式。例如，这些隔离器可以全部设置于第一制冷层301，也可以全部设置于第二制冷层302，还可以将部分隔离器设置于第一制冷层301、将部分隔离器设置于第二制冷层302，本申请对此不设限。同一制冷层的多个隔离器例如可以采用串联连接。
本申请实施例对量子参量放大器201的类型不作限定，其例如可以是阻抗匹配量子参量放大器(Impedance-Matched Parametric Amplifier,IMPA)、量子约瑟夫森参量放大器(Josephson Parametric Amplifier，JPA)等。本申请实施例中，量子参量放大器201用于接收并放大来自所述第一制冷层301或者所述第二制冷层302的隔离器的未放大的读取信号，对应多种实施方式。例如，量子参量放大器201可以接收并放大来自第一制冷层301的隔离器的未放大的读取信号。来自量子芯片的一路未放大的读取信号例如可以依次通过第一制冷层301的一个或多个隔离器后进入第二制冷层302的量子参量放大器201。或者，量子参量放大器201可以接收并放大来自第二制冷层302的隔离器的未放大的读取信号。来自量子芯片的一路未放大的读取信号依次通过第一制冷层301的一个或多个隔离器以及第二制冷层302的一个或多个隔离器后进入量子参量放大器201，或者，来自量子芯片的未放大的一路读取信号依次通过第二制冷层302的一个或多个隔离器后进入量子参量放大器201。
本申请实施例对提供第一制冷层301和第二制冷层302的制冷系统不作限定，其例如可以包括制冷机，可以由同一制冷机或不同制冷机来提供第一制冷层301和第二制冷层302。作为示例，制冷机可以是稀释制冷机，稀释制冷机是一种能够提供接近绝对零度环境的仪器。对应同一量子芯片的多个量子读取反馈信号链路可以共用一个制冷系统，也可以使用多个制冷系统，本申请对此不设限。
本申请实施例对第一制冷层301和第二制冷层302的温度不作限定，在一些实施例中，所述第一制冷层301的温度可以不低于10mK且不高于20mK，和/或，所述第二制冷层302的温度可以不低于120mK且不高于200mK。其中，K为开尔文，mK为毫开尔文。
举例说明，假设一个量子计算机包括72比特量子芯片、多个量子读取反馈信号链路和稀释制冷机。稀释制冷机的内部空间分布有第一制冷层301和第二制冷层302，第一制冷层301例如可以称为MC层，第二制冷层302例如可以称为coldplate(即，CP层)，第一制冷层301的温度可以是10mK，第二制冷层302的温度可以是120mK。在每个量子读取反馈信号链路中，隔离器例如采用单结环形器，量子参量放大器201例如采用IMPA。将IMPA移动到第二制冷层302，具体的，可以将IMPA置于一个例如是CP层的较高温区，该温区也是IMPA能有效工作的较高温区。需要注意的是，这里将CP层称之为较高温区，是与MC层相比较而言的，当与900mK的温区相比时，CP层的温度显然是更低的。
量子参量放大器201是超导器件，超导工作温度可以从mK量级到1.2K，从理论上推测可得，量子参量放大器201在1.2K以下可以具有良好的工作性能，因此第二制冷层302可以是120mK温区、200mK温区等。根据申请人了解，相关技术的参量放大器都是放置在第一制冷层301(MC层)，尚未有放置在更高温区的情况。在本申请实施例中，将量子参量放大器201从第一制冷层301移动到第二制冷层302这一较高温区，节省了量子参量放大器201在第一制冷层301所占的空间。此外，由于第二制冷层302的温度高于第一制冷层301的温度，这就降低了量子参量放大器201维持低温所消耗的能量，使得量子参量放大器201在第二制冷层302中的能量消耗低于量子参量放大器201在第一制冷层301中的能量消耗，因此本申请实施例也减少了量子参量放大器201对稀释制冷机的第一制冷层301的珍贵能量的消耗。
为了实现输入、输出信号的隔离，量子参量放大器201可以搭配隔离器使用。隔离器带磁，可能对量子芯片形成磁干扰，特别是第一制冷层301与量子芯片的距离较近，第一制冷层301的隔离器的数量越多，对量子芯片的磁干扰越大。在将至少部分隔离器布置在第二制冷层302的情况下，可以减少第一制冷层301中的隔离器数量，从而降低对量子芯片的磁干扰。
综上，在该量子读取反馈信号链路中，将一个或多个隔离器(例如环形器)设置在第一制冷层301和/或第二制冷层302，用于接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号。将量子参量放大器201设置在第二制冷层302，用于接收并放大来自第一制冷层301或第二制冷层302的隔离器的未放大的读取信号。量子参量放大器201可以在温度较高的环境(例如，第二制冷层302)下工作，将一个或多个隔离器设置于第一制冷层301和/或第二制冷层302，并且将量子参量放大器201设置于温度较高的第二制冷层302，与将量子参量放大器201设置于第一制冷层301的相关技术相比，减少了第一制冷层301中的器件数量和量子参量放大器201带来的能量消耗，使得第一制冷层301允许传输更多路读取信号，有助于实现更多量子比特的量子芯片。
在一些实施例中，请结合图1和图2，所述至少一个隔离器可以包括第一隔离器101至第三隔离器103；所述第一隔离器101和第二隔离器102用于串联设置于所述第一制冷层301，所述第一隔离器101用于接收来自所述量子芯片的未放大的读取信号，所述第二隔离器102用于接收来自所述第一隔离器101的未放大的读取信号；所述第三隔离器103用于设置于所述第二制冷层302以接收来自所述第二隔离器102的未放大的读取信号；所述量子参量放大器201用于接收并放大来自所述第三隔离器103的未放大的读取信号。
在该量子读取反馈信号链路中设置有多个隔离器，包括第一隔离器101至第三隔离器103。第一隔离器101和第二隔离器102串联设置在第一制冷层301，第一隔离器101接收来自量子芯片的未放大的读取信号，然后将其传递给第二隔离器102。第三隔离器103设置在第二制冷层302，接收来自第二隔离器102的未放大的读取信号，然后将其传递给量子参量放大器201。量子参量放大器201接收并放大来自第三隔离器103的未放大的读取信号。
在第一制冷层301设置串联连接的第一隔离器101和第二隔离器102，相比于在第一制冷层301的量子读取反馈信号链路单独设置一个隔离器来说，可以进一步确保从量子芯片到第一制冷层301直至进入第二制冷层302之前的读取信号传输的方向性，隔离不相关的噪声，提高了量子读取反馈信号链路的性能和噪声抑制能力。在第二制冷层302设置第三隔离器103，使来自第一制冷层301的未放大的读取信号在进入量子参量放大器201之前先经过第三隔离器103，进一步确保进入量子参量放大器201的未放大的读取信号的传输方向满足实际应用中的需求，以及隔离跨越不同温度的温区时可能引入的不相关的噪声。
在一些实施例中，请结合图1和图2，所述至少一个隔离器还可以包括第四隔离器104，所述量子读取反馈信号链路还可以包括低噪声放大器401；所述第四隔离器104用于设置于第三制冷层303以接收来自所述第三隔离器103的未放大的读取信号；所述低噪声放大器401用于设置于第四制冷层304以接收并放大来自所述第四隔离器104的未放大的读取信号。
每个量子比特例如对应有一个读取谐振腔。在测量量子比特的读取谐振腔的谐振频率的过程中，在没有量子参量放大器201的作用下，来自一个量子比特的读取谐振腔的未放大的读取信号，依次经过第一隔离器101、第二隔离器102、第三隔离器103和第四隔离器104到达低噪声放大器401，经由低噪声放大器401放大后，直接进入或者经过一系列的放大器和加法器后进入网络分析设备，通过网络分析设备获得读取信号的插损信号，通过插损信号可以确定该读取谐振腔的谐振频率。
在另一些实施例中，请结合图1和图2，所述量子读取反馈信号链路还可以包括低噪声放大器401；所述低噪声放大器401用于设置于第四制冷层304以接收并放大来自所述量子参量放大器201的放大后的读取信号。也就是说，低噪声放大器401可以对量子参量放大器201提供的放大后的读取信号进行进一步放大，实现多级放大的效果。在量子读取反馈信号链路中还可以设置更多放大器，实现更多次放大，这些放大器可以是商用低噪声放大器401或者其他类型的放大器，并且这些放大器可以设置在低噪声放大器401的后端。
在又一些实施例中，请结合图1和图2，所述至少一个隔离器还可以包括第四隔离器104，所述量子读取反馈信号链路还可以包括低噪声放大器401；所述第四隔离器104用于设置于第三制冷层303以接收来自所述第三隔离器103的未放大的读取信号；所述低噪声放大器401用于设置于第四制冷层304以接收并放大来自所述量子参量放大器201的放大后的读取信号或者接收并放大来自所述第四隔离器104的未放大的读取信号。
也就是说，在没有量子参量放大器201的作用下，低噪声放大器401可以接收并放大来自第四隔离器104的未放大的读取信号，对于读取信号来说，经过低噪声放大器401的放大后，直接进入或者经由其他放大器和加法器后进入网分(即，网络分析设备)，用于测量得到插损信号，获得读取谐振腔的谐振频率。在量子参量放大器201的作用下，低噪声放大器401可以接收并放大来自量子参量放大器201的放大后的读取信号，对于读取信号来说，经过量子参量放大器201和低噪声放大器401的多次放大后，直接进入或者经由其他放大器和加法器后进入网分和频谱仪等设备，得出输出信号的功率、读取信号的测量结果等。在得出测量结果后，量子操作系统或者单独设置的计算服务端可以对测量结果进行后处理，后处理例如可以包括对测量结果进行数据处理得到计算结果、对计算结果进行可视化等。
本申请实施例对低噪声放大器401不作限定，其例如可以是商用低噪声放大器。作为示例，低噪声放大器401可以是高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor,HEMT)放大器。HE MT放大器作为低噪声放大器401，可以每秒添加10个光子的噪声，与超导量子比特能够承受的最高读取信号强度接近。
本申请实施例对第三制冷层303和第四制冷层304的温度不作限定，在一些实施例中，第三制冷层303的温度可以高于第二制冷层302的温度，第四制冷层304的温度可以高于第三制冷层303的温度。第三制冷层303例如可以称为STILL层。
这样，从第一制冷层301至第四制冷层304就形成了一个温度逐渐升高的阶梯结构，有利于降低制造和维持这些温区的能量消耗。在第一制冷层301设置串联的第一隔离器101和第二隔离器102，在第二制冷层302设置第三隔离器103和量子参量放大器201，在第三制冷层303设置第四隔离器104，在第四制冷层304设置低噪声放大器401，对于量子读取反馈信号链路来说，4个隔离器分别设置在3个制冷层，即第一制冷层301、第二制冷层302、第三制冷层303，相比于将4个隔离器都布置在第一制冷层301的方案来说，减少了设置于第一制冷层301的隔离器数量，降低了对量子芯片的磁干扰，并且由于量子参量放大器201也设置在第一制冷层301以外的第二制冷层302，进一步减少了第一制冷层301的器件数量。在该量子读取反馈信号链路中，部分隔离器和量子参量放大器201设置在第一制冷层301以外的其他制冷层，减少了单路读取信号的量子读取反馈信号链路在第一制冷层301的占用空间，使得第一制冷层301能够传输更多路读取信号。量子参量放大器201向低噪声放大器401传输放大后的读取信号的通信链路可以经过第三制冷层303到达第四制冷层304。
在一些实施例中，所述第三制冷层303的温度可以不低于900mK且不高于1.2K，和/或，所述第四制冷层304的温度可以不低于4K且不高于10K。
作为示例，制冷系统包括稀释制冷机，稀释制冷机的内部空间分布有第一制冷层301至第四制冷层304，第一制冷层301(MC层)的温度可以是10mK，第二制冷层302(CP层)的温度可以是120mK，第三制冷层303(STILL层)的温度可以是900mK，第四制冷层304的温度可以是4K。整体走线方式可以采用柔性线(柔性印刷电路板，FPC)，线长例如为200～300mm。
在该量子读取反馈信号链路中，引入了第四隔离器104和低噪声放大器401。第四隔离器104被设置在第三制冷层303，用于接收来自第三隔离器103的未放大的读取信号。低噪声放大器401被配置在第四制冷层304，可以接收并放大来自量子参量放大器201的放大后的读取信号，或者接收并放大来自第四隔离器104的未放大的读取信号。低噪声放大器401的作用是进一步放大读取信号，同时保持信号的高质量和低噪声水平。这种配置增强了量子读取反馈信号链路的灵活性和传输性能。低噪声放大器401的引入允许在与第二制冷层302不同温度的温区中进一步放大读取信号，从而更好地适应不同应用需求。低噪声放大器401的使用有助于保持读取信号的高质量，同时保证低噪声水平，提高了量子读取反馈信号链路的性能和灵活性，有助于实现可靠和高效的量子计算操作。
量子芯片上设置有多个量子比特，如果每个量子比特都需要单独的读取通道，则对量子芯片的集成和量子测控系统的集成存在极大挑战，相关技术使用可调量子数据总线耦合多个量子比特进行量子比特读取的方式，可调量子数据总线耦合的量子比特个数受限于可调量子数据总线能够传输的高频信号的频率和带宽，以及多个量子比特的频率分布特点，示例性的，可调量子数据总线能够传输的高频信号的频率例如是4～8GHz，带宽例如是400～800MHz，量子比特的频率例如在6GHz～8GHz，且耦合连接在一个可调量子数据总线的多个量子比特需要存在一定的频率差以避免串扰，频率差例如是200MHz左右，则上述可调量子数据总线能够耦合的量子比特总数可以设置为4到5个。也就是说，一个读取总线(即可调量子数据总线)可以耦合一个或多个量子比特，并且一个读取总线对应一路读取信号。
量子比特的读取是在读取总线的输入端输入读取触发信号，读取触发信号作用在与量子比特耦合连接的读取谐振腔上，通过读取谐振腔与量子比特的色散耦合效应，通过读取谐振腔实现量子比特的量子态读取。读取总线的输入端连接量子读取触发信号链路，用于给量子比特提供读取触发信号，读取总线的输出端连接量子读取反馈信号链路，用于将极微弱的读取信号从极低温传输到室温。一个量子读取反馈信号链路连接量子芯片的一个读取总线的输出端，量子读取反馈信号链路可以包括隔离器、滤波器和多级放大器等，其中，多级放大器中的其中一个放大器例如是量子参量放大器，且量子参量放大器可以作为多级放大器中的前级放大器，放置在距离量子芯片较近的位置，实现量子态信号的单光子级别放大。
量子芯片的一个或多个量子比特可以耦合至一个读取总线，一个读取总线对应一个量子读取反馈信号链路。当量子芯片输出N路读取信号时，读取总线的数量为N，量子读取反馈信号链路的数量为N。
作为示例，假设耦合至一个读取总线的一个或多个量子比特的谐振腔频段是7.05GHz～7.35GHz，为了放大这路读取信号，在选择量子参量放大器时，要求量子参量放大器的增益频段可以完全覆盖相应的谐振腔频段(视为量子参量放大器具有目标增益频段)，以及，当量子参量放大器在目标工作参数下工作时，在增益频段内的任意频率的输出增益可以在预设增益以上(视为量子参量放大器具有目标输出增益)，其中，预设增益例如是10dB。在标准泵浦频率为7.2GHz的情况下，当泵浦信号作用于7.1GHz的读取谐振腔的量子比特时，可能会对7.2GHz的读取谐振腔的量子比特产生共振影响，进而对输出的读取信号产生影响。因此，量子参量放大器放大读取信号时，需要量子参量放大器能够提供足够的输出增益(如大于10dB)，这样可以保证微弱的读取信号被有效放大。此外，可以考虑量子参量放大器的增益频段是否覆盖特定的频率范围，如7.05GHz～7.35GHz的谐振腔频段，确保量子参量放大器能够在整个必要频率范围内工作，适应读取信号的放大需求。通过这种方法，可以确保所选的量子参量放大器既有足够的放大能力，又能够在所需频率范围内有效工作。即当选取量子参量放大器以放大读取信号时，需要量子参量放大器具有目标输出增益和目标增益频段，目标增益频段能够覆盖多个读取谐振腔的谐振频率的频率分布区间(即，谐振腔频段)。目标输出增益可以由量子参量放大器的泵浦信号确定，目标增益频段的中心频率一般为谐振腔频段的中心频率(即，谐振中心频率)，作为示例，在选取和设置量子参量放大器时，可以使量子参量放大器的工作频率与谐振中心频率相匹配，且使量子参量放大器的增益频段覆盖谐振腔频段。
在一些实施例中，所述未放大的读取信号可以为一个读取总线的读取信号，每个读取总线耦合一个或多个量子比特，每路读取信号的频率由相应一个或多个量子比特的读取谐振腔决定。其中，所述量子参量放大器的目标工作参数根据谐振中心频率的点频增益确定，所述目标工作参数包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压中的一种或多种，所述谐振中心频率为谐振腔频段的中心频率，所述谐振腔频段包括耦合至所述读取总线的一个或多个量子比特的读取谐振腔的谐振频率。
在一些实施例中，所述谐振中心频率的点频增益的确定过程可以包括：多次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，以分别获取每个频率fx对应的第二点频增益；将所有第二点频增益中的最大值作为所述谐振中心频率的点频增益；其中，获取频率fx对应的第二点频增益的过程包括：在所述量子参量放大器的作用下，设定标准泵浦频率为fx且使泵浦功率和偏置电压变化，以测量所述谐振中心频率的多个第一输出增益，并将多个第一输出增益中的最大值作为第一点频增益；在所述第一点频增益满足第一预设增益条件的情况下，将所述第一点频增益对应的泵浦功率和偏置电压分别作为第一泵浦功率和第一偏置电压；在所述量子参量放大器的作用下，使标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别在各自对应的设定范围内变化，以测量所述谐振中心频率的多个第二输出增益，并将多个第二输出增益中的最大值作为第二点频增益；其中，标准泵浦频率对应的设定范围以频率fx为中心，泵浦功率对应的设定范围以第一泵浦功率为中心，偏置电压对应的设定范围以第一偏置电压为中心。
在一些实施例中，所述标准泵浦频率的可选输出频段可以满足以下任意一种条件：所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；所述可选输出频段和所述谐振腔频段存在重叠部分，且在多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率组成的频率组合中，任意两个频率之间的间隔大于或等于预设频率间隔，所述标准泵浦频率为所述可选输出频段中的任意频率，所述多个镜像频率包括每个谐振频率相对于所述标准泵浦频率的镜像频率。
在一些实施例中，所述预设频率间隔可以为20MHz。
在一些实施例中，所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；所述谐振腔频段可以为[f0-a/2,f0+a/2]，f0为谐振中心频率；所述标准泵浦频率的可选输出频段可以为[b,f0-a/2-c]∪[f0+a/2+c,d]；其中，d>b>0，a>0，c>0，c为谐振腔频段的设计端值与实际端值的端值偏移量，b和d为预设测量范围的端值。
在一些实施例中，在所述量子参量放大器的作用下，在设定标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压后，测量任意频率fy的输出增益的过程可以包括：设置所述量子参量放大器对应的偏移量Δ处于[fg-fp-m,fg-fp+m]区间，且使增益频段覆盖所述谐振腔频段，其中fg为目标频率，fp为标准泵浦频率，m>0，所述目标频率fg的取值范围为[f0-a/2-c,f0+a/2+c]；将未放大的读取信号和泵浦信号输入所述量子参量放大器，以测量所述量子参量放大器的输出信号的功率；其中，读取信号的频率为fy，泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp；根据所述未放大的读取信号的功率和所述输出信号的功率，计算得到频率fy的输出增益。
在一些实施例中，可以使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，以测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益和所述量子参量放大器的增益频段。
参见图3，图3是本申请实施例提供的一种量子参量放大器的测试方法的流程示意图。
本申请实施例还提供了一种量子参量放大器的测试方法，所述测试方法包括步骤S101。
步骤S101：在所述量子参量放大器的作用下，通过上述任一项量子读取反馈信号链路接收并放大读取信号，以测量谐振中心频率的点频增益，将所述谐振中心频率的点频增益对应的工作参数作为所述量子参量放大器的目标工作参数。所述工作参数包括标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压中的一种或多种。其中，工作参数包括标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压中的一种或多种，相应地，目标工作参数包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压中的一种或多种。
如前文所述，量子读取反馈信号链路分为两种情况：(情况1)在量子参量放大器的作用下，未放大的读取信号经由量子参量放大器放大后进入低噪声放大器，由低噪声放大器进一步放大后输出；(情况2)在没有量子参量放大器的作用下，未放大的读取信号直接进入低噪声放大器，由低噪声放大器放大后输出。在步骤S101中，在量子参量放大器的作用下，通过量子读取反馈信号链路接收并放大读取信号，对应情况1，即，读取信号经由量子参量放大器和低噪声放大器两次放大，在量子读取反馈信号链路中还可以设置更多放大器，对读取信号进行更多次放大。
需要注意的是，标准泵浦频率与实际泵浦信号(实际泵浦信号即实际施加的泵浦信号)的频率并不总是保持一致，二者关系由量子参量放大器的工作模式确定。在量子参量放大器采用四波混频工作模式的情况下，标准泵浦频率与实际泵浦信号的频率相等。在量子参量放大器采用三波混频工作模式的情况下，标准泵浦频率等于实际泵浦信号的频率的一半，也即，实际泵浦信号的频率等于标准泵浦频率的2倍。对于一个量子参量放大器来说，在不同的工作模式下(四波混频工作模式、三波混频工作模式)，同一标准泵浦频率对应的实际泵浦信号的频率不同。在设置量子参量放大器时，在待设定的标准泵浦频率已知的前提下，如果需要在四波混频工作模式下设定量子参量放大器的实际泵浦信号的频率，则可以将实际泵浦信号的频率设定为标准泵浦频率。而如果需要在三波混频工作模式下设定量子参量放大器的实际泵浦信号的频率，则可以将实际泵浦信号的频率设定为标准泵浦频率的2倍。举例说明，假设待设定的标准泵浦频率为7.2GHz，如果量子参量放大器采用四波混频工作模式，则将实际泵浦信号的频率设定为7.2GHz；如果量子参量放大器采用三波混频工作模式，则将实际泵浦信号的频率设定为7.2GHz×2＝14.4GHz。相应地，假设标准泵浦频率的设定频段为7.0GHz～7.4GHz，如果量子参量放大器采用四波混频工作模式，则实际泵浦信号的设定频段为7.0GHz～7.4GHz；如果量子参量放大器采用三波混频工作模式，则实际泵浦信号的设定频段为(7.0GHz～7.4GHz)×2＝14.0GHz～14.8GHz。上述标准泵浦频率的设定方式非本申请的核心构思所在，本领域技术人员根据相关技术能够实现。
在步骤S101中，在量子参量放大器的作用下，通过量子读取反馈信号链路接收并放大读取信号，以测量谐振中心频率的点频增益，并将该点频增益对应的工作参数作为量子参量放大器的目标工作参数。其中，谐振中心频率的点频增益是指频率为谐振中心频率的读取信号的点频增益。这一步骤是为了测试谐振中心频率的读取信号的点频增益，并进一步获得量子参量放大器的目标工作参数，包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压中的一种或多种。在此基础上，还可以测试量子参量放大器的带频增益和增益频段。
需要说明的是，在本申请实施例中，点频增益、带频增益都是输出增益，“点频”、“带频”起到限定作用，点频增益是对应特定频率的输出增益，带频增益是对应特定频段的输出增益。任意频率fy的点频增益例如是当量子参量放大器在目标工作参数下工作时的频率为fy的读取信号的输出增益，任意频段fy～fz的带频增益例如包括频段fy～fz中的一个或多个频率点的点频增益。带频增益可以采用增益曲线或者数据集的形式来表征，本申请对此不设限。
本申请实施例对输出增益的增益类型不作限定，其例如可以是功率增益。输出增益用于表征放大器对读取信号的放大能力，增益频段用于表征量子参量放大器能够有效放大的读取信号的频率范围，这里“有效”例如对应输出增益大于预设增益的条件。举例来说，量子参量放大器的增益频段例如可以是带频增益在最大增益Gmax的一半以上的频段，即，该频段中的任意频率点的点频增益均大于最大增益Gmax的一半。通过对输出增益和增益频段的测试，可以评估量子参量放大器的性能。
量子参量放大器基于非线性混频原理工作，为了有效放大读取信号，使得量子参量放大器工作在较佳模式，需要施加频率与读取信号频率或者其倍频接近的泵浦信号。具体而言，如果量子参量放大器采用四波混频工作模式，则对应施加的实际泵浦信号的频率接近读取信号的频率；如果量子参量放大器采用三波混频工作模式(即，泵浦信号双倍频工作模式)，则对应施加的实际泵浦信号的频率接近读取信号的频率的两倍。
在一些实施例中，所述方法还可以包括：在有量子参量放大器的作用且所述量子参量放大器无泵浦信号输入的情况下，将所述量子参量放大器的偏置电压设置在V0～V1范围内，选取输出增益在设定增益范围内的偏置电压范围作为V2～V3，V2和V3均位于V0～V1范围内；所述偏置电压设置在V0～V1范围内用于避免所述量子参量放大器所在的第二制冷层升温。
参见图4，图4是本申请实施例提供的一种获取频率fx对应的第二点频增益的流程示意图。
在一些实施例中，谐振中心频率的点频增益的确定过程可以包括：多次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，以分别获取每个频率fx对应的第二点频增益；将所有第二点频增益中的最大值作为所述谐振中心频率的点频增益。
本申请实施例中，频率fx可以是从可选输出频段中选取的任意一个频率。多次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，是指每次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，该选取操作可以进行多次，从而得到多个频率fx。
其中，获取频率fx对应的第二点频增益的过程可以包括步骤S201～S203。
步骤S201：在所述量子参量放大器的作用下，设定标准泵浦频率为fx且使泵浦功率和偏置电压变化，以测量所述谐振中心频率的多个第一输出增益，并将多个第一输出增益中的最大值作为第一点频增益。
步骤S202：在所述第一点频增益满足第一预设增益条件的情况下，将所述第一点频增益对应的泵浦功率和偏置电压分别作为第一泵浦功率和第一偏置电压。
步骤S203：在所述量子参量放大器的作用下，使标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别在各自对应的设定范围内变化，以测量所述谐振中心频率的多个第二输出增益，并将多个第二输出增益中的最大值作为第二点频增益；其中，标准泵浦频率对应的设定范围以频率fx为中心，泵浦功率对应的设定范围以第一泵浦功率为中心，偏置电压对应的设定范围以第一偏置电压为中心。
本申请实施例对第一预设增益条件不作限定，其例如可以是：第一点频增益大于预设增益。本申请实施例对预设增益不作限定，预设增益例如可以是7、8、9、10、11、12、15dB等。作为示例，预设增益例如是10dB。
在步骤S201和步骤S203中，谐振中心频率的第一输出增益和第二输出增益中的“第一”和“第二”仅仅用于区分，第一输出增益和第二输出增益都是输出增益。
可以看到，步骤S201的目的是测试得到第一点频增益，步骤S203的目的是测试得到第二点频增益，但并非所有量子参量放大器都会执行步骤S203的测试步骤，而是需要经过步骤S202的筛选。步骤S202限定只有第一点频增益满足第一预设增益条件的量子参量放大器才能进入步骤S203，当第一点频增益不满足第一预设增益条件时，可以停止对该量子参量放大器进行测试，这样，针对该量子参量放大器的测试只进行了第一点频增益的测试，未进行第二点频增益、带频增益、增益频段的测试。这样做的好处是，对于部分第一点频增益不满足第一预设增益条件的量子参量放大器来说，减少其所对应的测试步骤，节约测试资源，减少测试资源的浪费，特别是当待测试的量子参量放大器的数量较多时，能够极大提升测试效率。
本实施例中，多次从可选输出频段中选取一个频率fx，并获取其所对应的第二点频增益，再将所有第二点频增益中的最大值作为谐振中心频率f0的点频增益，该点频增益可以看作是量子参量放大器对谐振中心频率f0的最大输出增益，因此可以将其所对应的标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压作为量子参量放大器的目标工作参数，具体来说，就是将该点频增益对应的标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别作为量子参量放大器的目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压，使量子参量放大器工作在目标工作参数的情况下，能够更好地执行对谐振中心频率f0的信号放大任务。
在获取fx对应的第二点频增益的过程中，根据标准泵浦频率fp的不同，可以分为两个测试阶段，即第一点频增益测试阶段和第二点频增益测试阶段。
在第一点频增益测试阶段，标准泵浦频率fp不变，始终设定为fx(在四波混频工作模式下实际泵浦信号的频率设定为fx，在三波混频工作模式下实际泵浦信号的频率设定为2fx)，仅调节泵浦功率和偏置电压，使泵浦功率和偏置电压产生变化。在每次设定泵浦功率和偏置电压后，均测量谐振中心频率f0的输出增益，记为第一输出增益。也就是说，在第一点频增益测试阶段，每个标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压的组合对应一个第一输出增益，其中标准泵浦频率fp始终设定为fx。多次调节泵浦功率和偏置电压，则可测量得到多个第一输出增益，将其中的最大值作为第一点频增益。
判断第一点频增益是否满足第一预设增益条件，如果满足，则获得第一点频增益对应的第一偏置电压和第一泵浦功率。
在第二点频增益测试阶段，使标准泵浦频率fp在fx的左右设定范围内变化，使泵浦功率在第一泵浦功率的左右设定范围内变化，使偏置电压在第一偏置电压的左右设定范围内变化，在每次设定标准泵浦频率fp、泵浦功率、偏执电压后，均测量谐振中心频率f0的输出增益，记为第二输出增益。也就是说，在第二点频增益测试阶段，每个标准泵浦频率fp、泵浦功率和偏置电压的组合对应一个第二输出增益。多次调节标准泵浦频率fp、泵浦功率和偏置电压，则可测量得到多个第二输出增益，将其中的最大值作为频率fx对应的第二点频增益。
在一些实施例中，根据测量得到的耦合至所述读取总线的一个或多个量子比特的读取谐振腔的谐振频率，确定所述读取总线相应的谐振腔频段，所述谐振腔频段包括相应一个或多个读取谐振腔的谐振频率。其中，所述标准泵浦频率的可选输出频段满足以下任意一种条件(即，条件1和条件2中的任意一种)。
条件1：所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分。
条件2：所述可选输出频段和所述谐振腔频段存在重叠部分，且在多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率组成的频率组合中，任意两个频率之间的间隔大于或等于预设频率间隔，所述标准泵浦频率为所述可选输出频段中的任意频率，所述多个镜像频率包括每个谐振频率相对于所述标准泵浦频率的镜像频率。
谐振频率是读取谐振腔的特性参数之一，本申请实施例中，读取谐振腔例如可以是微波谐振腔。
本申请实施例对条件2中的预设频率间隔不作限定，预设频率间隔例如可以是19MHz、20MHz、21MHz等。作为示例，所述预设频率间隔可以为20MHz。
参见图5，图5是本申请实施例提供的一种可选输出频段和谐振腔频段的分布示意图。
对于可选输出频段满足条件1的情况，标准泵浦频率的可选输出频段与谐振腔频段无重叠部分，标准泵浦频率可以从可选输出频段中选择，如图5所示。
参见图6，图6是本申请实施例提供的一种频率组合的分布示意图。
多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率可以组成一个频率组合，如图6所示。在图6中，1根粗实线代表标准泵浦频率，6根细实线代表6个谐振频率，6根虚线代表6个镜像频率。每个谐振频率相对于标准泵浦频率有一个镜像频率，多个镜像频率包括多个谐振频率相对于标准泵浦频率的镜像频率。对于任意谐振频率来说，该谐振频率及其对应的镜像频率在标准泵浦频率的两侧对称排布，该谐振频率及其对应的镜像频率之和等于标准泵浦频率的2倍。谐振频率可以大于其镜像频率或者小于其镜像频率，本申请对此不设限。
对于可选输出频段满足条件2的情况，标准泵浦频率的可选输出频段与谐振腔频段有重叠部分，标准泵浦频率可以从可选输出频段中选择，并且，为了避免读取串扰，在多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率组成的频率组合中，任意两个频率之间的间隔可以大于或等于预设频率间隔。
可以看到，在图6中，在6个谐振频率、1个标准泵浦频率、6个镜像频率组成的频率组合中，频率之间的最小间隔小于20MHz。假设预设频率间隔为20MHz，则图6中的标准泵浦频率位于可选输出频段之外。假设预设频率间隔为5MHz，则图6中的标准泵浦频率位于可选输出频段内。以6个谐振频率为[7.05，7.14，7.19，7.21，7.28，7.31]GHz为例，可以算出在谐振腔频段内，存在标准泵浦频率的可选输出频段满足20MHz的频率间隔要求，这部分标准泵浦频率的可选输出频段包括7.07GHz～7.085GHz以及7.105GHz-7.11GHz。图6中所示的标准泵浦频率约为7.19GHz，不在可选输出频段内。如果量子参量放大器采用泵浦信号双倍频工作模式，则对应上述可选输出频段(7.07GH z～7.085GHz以及7.105GHz-7.11GHz)的实际泵浦信号的频段包括(7.07GHz～7.085GHz)×2以及(7.105GHz-7.11GHz)×2。
在一些实施例中，测量量子比特的读取谐振腔的谐振频率的过程可以包括：在没有量子参量放大器的作用下，通过量子读取反馈信号链路接收并放大所述读取谐振腔的读取信号，通过网络分析设备获得所述读取谐振腔的读取信号的插损信号；根据所述读取谐振腔的读取信号的插损信号，获得所述读取谐振腔的谐振频率。根据测得的插损信号，可以反推出读取谐振腔的谐振频率，本领域技术人员根据相关技术能够实现。
由此，可以利用网络分析设备测量每个读取谐振腔的读取信号的插损信号，通过插损信号得到各个读取谐振腔的谐振频率，进而得到谐振腔频段，谐振腔频段例如可以是包括各个谐振频率在内的频段。需要注意的是，本文中的谐振频率和谐振中心频率的含义不同，谐振频率是对应单个读取谐振腔的特性参数，谐振中心频率是谐振腔频段的中心频率。
在一些实施例中，可选输出频段满足条件1，即所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分。所述谐振腔频段可以为[f0-a/2,f0+a/2]，f0为谐振中心频率(即，谐振腔频段的中心频率)；所述标准泵浦频率的可选输出频段可以为[b,f0-a/2-c]∪[f0+a/2+c,d]；其中，d>b>0，a>0，c>0，c为谐振腔频段的设计端值与实际端值的端值偏移量，b和d为预设测量范围的端值。
本申请实施例对b和d的取值不作限定，预设测量范围例如是网络分析设备的测量范围，则b和d可以根据网络分析设备的测量范围确定。作为示例，b例如可以是100KHz、100MHz、1GHz、3GHz、6GHz、6.8GHz、6.9GHz、7.0GHz、7.1GHz等，d例如可以是7.3GHz、7.4GHz、7.6GHz、7.9GHz、8.3GHz、8.57GHz等。在一些实施例中，b＝100KHz，d＝8.57GHz。
举例说明，假设谐振中心频率为f0＝7.2GHz。如果谐振腔频段的宽度a＝0.3GHz，那么谐振腔频段为7.05GHz～7.35GHz。令c＝0.05GHz，b＝6.8GHz，d＝7.6GHz，则标准泵浦频率的可选输出频段例如为[6.8GHz,7.0GHz]∪[7.4GHz,7.6GHz]。
参见图7，图7是本申请实施例提供的一种测量任意频率fy的输出增益的流程示意图。
在一些实施例中，在所述量子参量放大器的作用下，在设定标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压后，测量任意频率fy的输出增益的过程可以包括步骤S301～S303。
步骤S301：设置所述量子参量放大器对应的偏移量Δ处于[fg-fp-m,fg-fp+m]区间，且使增益频段覆盖所述谐振腔频段。其中fg为目标频率，fp为标准泵浦频率，m>0，所述目标频率fg的取值范围为[f0-a/2-c,f0+a/2+c]。其中，m可以是一个很小的正数。
步骤S302：将未放大的读取信号和泵浦信号输入所述量子参量放大器，以测量所述量子参量放大器的输出信号的功率。其中，读取信号的频率为fy，泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp。作为示例，可以通过网络分析设备测量量子参量放大器的输出信号的功率。
步骤S303：根据所述未放大的读取信号的功率和所述输出信号的功率，计算得到频率fy的输出增益。
其中，偏置电压可以在V2～V3范围内调节。
在步骤S301中，量子参量放大器对应的偏移量△是指量子参量放大器的工作频率fa与标准泵浦频率fp的差值，偏移量△可以根据目标频率fg和标准泵浦频率fp的差值确定。其中，fg的取值范围为[f0-a/2-c,f0+a/2+c]，也就是说，目标频率fg可以是[f0-a/2-c,f0+a/2+c]区间的任意频率。作为一个示例，目标频率fg＝f0。作为另一个示例，目标频率fg＝f0-a/2。作为又一个示例，目标频率fg＝f0-a/2-c。作为又一个示例，目标频率fg＝f0+a/2。作为又一个示例，目标频率fg＝f0+a/2+c。
需要注意的是，偏移量△可以根据目标频率fg和标准泵浦频率fp的差值确定，并不意味着偏移量△一定等于目标频率fg和标准泵浦频率fp的差值，实际上，偏移量△可以在以fg-fp为中心的一个频率范围内取值，该频率范围可以表示为[fg-fp-m,fg-fp+m]。本申请实施例对调试范围m的取值不作限定，其例如可以是1、2、3、5、10、20、30、50KHz等。
本申请实施例对量子参量放大器对应的偏移量△不作限定，只要使得增益频段覆盖谐振腔频段范围即可。当标准泵浦频率fp位于可选输出频段的[b,f0-a/2-c]范围时，偏移量△取正值，表示在频率逐渐增加的轴线上偏移方向向右。当标准泵浦频率fp位于可选输出频段的[f0+a/2+c,d]范围时，所述偏移量△取负值，表示在频率逐渐增加的轴线上偏移方向向左。
在步骤S302中，要想设定泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp，则需要对实际施加的泵浦信号的频率进行设定，以使泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp。根据量子参量放大器的工作模式的不同，对应不同情况。如果量子参量放大器采用四波混频工作模式，则设定泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp，是指将实际施加的泵浦信号的频率设定为标准泵浦频率fp。如果量子参量放大器采用三波混频工作模式，则设定泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp，是指将实际施加的泵浦信号的频率设定为标准泵浦频率fp的两倍，即2fp。
当未放大的读取信号的频率fy＝f0时，可以测量得到谐振中心频率f0的输出增益。可以看到，对于每个特定的标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压的组合，可以测量得到谐振中心频率f0的一个输出增益。在步骤S201中，设定标准泵浦频率为fx且使泵浦功率和偏置电压变化，可以形成多个标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压的组合，因此可以测量得到谐振中心频率f0的多个第一输出增益。在步骤S203中，使标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别在各自对应的设定范围内变化，可以形成多个标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压的组合，因此可以测量得到谐振中心频率f0的多个第二输出增益。
在量子参量放大器的测试过程中，未放大的读取信号可以是量子芯片提供的读取信号，也可以是其他信号源提供的微弱信号。量子芯片提供的读取信号和其他信号源提供的微弱信号的频率均可以调控，以使其提供特定频率的信号。
在一个具体应用场景中，f0＝7.2GHz，a＝0.3GHz，c＝0.05GHz，fg的取值范围为7.0GHz～7.4GHz，意味着fg可以为7.0GHz～7.4GHz区间的任意频率，例如是7.0、7.05、7.1、7.15、7.18、7.19、7.2、7.21、7.22、7.25、7.3、7.35、7.4GHz等。
为了更好的实现增益频段覆盖谐振腔频段，目标频率fg可以为谐振中心频率f0，谐振腔的实际频段范围[f0-a/2-c,f0+a/2+c]例如为7.0GHz～7.4GHz时，其谐振中心频率f0为7.2GHz，假设fg＝f0＝7.2GHz，如果标准泵浦频率fp＝7.0GHz，m＝10KHz，则Δ处于[0.19GHz,0.21GHz]区间且为正值，在实际测试过程中，可以先将偏移量Δ设置为+0.2GHz，然后进行左右微调。仍然假设fg＝f0＝7.2GHz，如果标准泵浦频率fp＝7.4GHz，m＝10KHz，则Δ处于[0.19GHz,0.21GHz]区间且为负值，在实际测试过程中，可以先将偏移量Δ设置为-0.2GHz，然后进行左右微调。
在一些实施例中，所述测试方法还可以包括：使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，以测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益。
测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益的过程例如可以包括：从[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段中选取一个或多个频率点；针对每个频率点执行以下处理：使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，测量所述频率点的输出增益作为所述频率点的点频增益；根据每个频率点的点频增益，得到[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益，带频增益可以采用增益曲线表示或者采用数据集表示。测量频率点的输出增益的过程例如可以参考步骤S301～S303，此处不再赘述。
从[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段中选取的频率点的数量可以是一个或多个。当选取的频率点的数量大于2个时，从[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段中选取的相邻频率点之间的间隔可以相同或不同，即，可以在频段内均匀选取频率点，使得选取出的频率点在频段内均匀排布，或者，可以在频段内非均匀地选取频率点，使得选取出的频率点在频段内非均匀排布。
在一些实施例中，所述测试方法还可以包括：使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，以测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益和所述量子参量放大器的增益频段。
举例说明，在测量得到[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益后，可以从[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段中筛选各频率点的点频增益均在最大增益Gmax的一半以上的频段(即，在该频段内各个频率点的点频增益均大于最大增益Gmax的一半)，作为增益频段。作为示例，假设带频增益采用增益曲线表示，且增益曲线的形状接近开口向下的抛物线，横坐标(X轴坐标)为频率点，纵坐标(Y轴坐标)为点频增益，最大增益Gmax为点频增益的最大值，也即抛物线的顶点的Y轴坐标。可以绘制一条Y＝0.5Gmax的直线，定位直线与增益曲线的两个交点(假设存在两个交点)，并将两个交点中间的频段作为增益频段。
在一些实施例中，所述测试方法还可以包括：筛选出输出增益满足第二预设增益条件并且增益频段满足预设带宽条件的一个或多个量子参量放大器。
在一些实施例中，所述第二预设增益条件为：点频增益大于预设增益；和/或，带频增益的最小值大于预设增益。
在一些实施例中，所述预设带宽条件为所述量子参量放大器的增益频段覆盖所述谐振腔频段。
在选择合适的量子参量放大器时，需要考虑其是否能够提供足够的输出增益(如大于10dB)，这样可以保证微弱信号被有效放大。此外，考虑量子参量放大器的增益频段是否覆盖特定的频率范围，如7.05GHz到7.35GHz的谐振腔频段，确保量子参量放大器能够在整个必要频率范围内工作，适应信号放大的需求。通过这种方法，可以确保所选的量子参量放大器既有足够的放大能力，又能够在所需频率范围内有效工作。
一般谐振腔频段的中心频率与标准泵浦频率fp很接近，因此，本申请实施例可以对标准泵浦频率fp的可选输出频段进行特殊设置，使其避开谐振腔频段，或者，可选输出频段与谐振腔频段有重叠部分，且使多个谐振频率、标准泵浦频率、多个镜像频率组成的频率组合中的任意两个频率之间的间隔大于或等于预设频率间隔。
以72比特量子芯片为例，其上设置有一个或多个读取总线，其中一个读取总线对应的谐振中心频率f0约为7.2GHz，为给该读取总线筛选合适的量子参量放大器，在测试过程中，可以从可选输出频段中选取多个频率fx，并分别测量其所对应的第二点频增益，再将所有第二点频增益的最大值作为谐振中心频率f0的点频增益。针对目标频率fg和标准泵浦频率fp适应性地设置量子参量放大器对应的偏移量△，使得量子参量放大器的增益频段覆盖谐振腔频段。具体测试过程中，可以先测试点频增益，再测试带频增益和增益频段，最终筛选带宽与增益均符合要求的量子参量放大器。为防止读取信号回流至量子比特上，可以在量子参量放大器的输入端和/或输出端串接一个或多个环形器，保证读取信号的稳定。本申请实施例能够提高测试的精确度，所筛选出的量子参量放大器能够减少其他不必要的信号对量子比特的干扰。需要注意的是，不同的读取总线耦合的量子比特不同，对应的谐振腔频段可能不同，因此，针对不同的量子芯片或者不同的读取总线，可以使量子参量放大器工作在目标工作参数(包括目标泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压)下，并根据相应谐振中心频率f0和标准泵浦频率fp的差值选用合适的偏移量△(此时取目标频率fg＝谐振中心频率f0)，即可实现同一量子参量放大器适配不同类型的量子芯片或者不同的读取总线，达到放大不同量子芯片或者不同读取总线的读取信号的目的。在上述精细测试之前，本申请实施例还可以使用信号源、控制源与矢量网络分析仪对量子参量放大器进行手调粗测，对标准泵浦频率fp无法覆盖适用频段的量子参量放大器可以直接放弃精细测试，提高测试效率，节约测试时间。适用频段可以是预先设定的频段，量子参量放大器需要能够输出对应标准泵浦频率覆盖适用频段的泵浦信号。
本申请实施例还提供了一种上述任一项量子读取反馈信号链路在量子比特读取过程中的应用。
所述应用可以是量子读取反馈信号链路在量子计算机的量子比特读取过程中的应用，或者，所述应用可以是量子读取反馈信号链路在量子参量放大器测试系统的量子比特读取过程中的应用。
本申请实施例还提供了一种计算机设备，其具体实施方式与上述方法实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果相类似，部分内容不再赘述。
所述计算机设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时实现上述任一项测试方法的步骤。
参见图8，图8是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构框图。
本申请实施例对计算机设备不作限定，其例如可以是本地计算机设备、云计算机设备、分布式计算机设备等。
如图6所示，计算机设备可以包括：存储器110、处理器120、通信接口130。其中，存储器110、处理器120和通信接口130通过内部连接通路相连。
存储器110用于存储计算机程序，在一些实现方式中，计算机程序可以包括用于实现本申请实施例的方法的代码。
处理器120用于执行该存储器110存储的计算机程序，以控制通信接口130接收输入的数据和信息，输出操作结果等数据。在一些实现方式中，通过软件或者固件来实现本申请实施例的方案时，用于实现本申请实施例的方案的计算机程序可以被保存在处理器120中，并由处理器120来执行。
该存储器110可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM)。应注意，本文描述的存储器110旨在包括但不限于这些和其它适合类型的任意存储器。作为示例，存储器110包括随机存取存储器(RAM)、高速缓存存储器和只读存储器(ROM)。其中，存储器110存储有计算机程序，计算机程序可以被处理器120执行，使得处理器120实现上述任一项方法的步骤。
该处理器120可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，该处理器120还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、应用专用集成电路(application spe cific integrated circuit，ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器，或者，该处理器120也可以是任何常规的处理器等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器120中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器120中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器110，处理器120读取存储器110中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
在一些实现方式中，计算机设备除了包含上文介绍的硬件单元之外，还可以包括软件模块，其中，软件模块例如可以是操作系统、基本输入输出系统(Basic Input OutputSystem，BIOS)、应用软件(Application Software)等。
操作系统用于管理计算机设备的硬件和/或软件资源，是计算机设备的内核和基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。为了方便用户操作，大多数操作系统会提供一个让用户与系统交互的操作界面。
BIOS用于在通电引导阶段运行硬件初始化，以及为操作系统和应用程序提供运行时服务。在一些实现方式中，BIOS还可以监测显示处理器温度以及执行调整温度保护策略等功能。
应用软件又称应用程序(Application Program)，可以理解为是针对用户的某种特殊应用目的所撰写的软件，作为计算机软件的主要分类之一。例如，应用软件可以是用于实现功率控制、温度管理等目的的程序。
本申请实施例还提供了一种量子计算机，其具体实施方式与上述实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果相类似，部分内容不再赘述。
所述量子计算机包括量子芯片和一个或多个上述任一项量子读取反馈信号链路，所述量子芯片上设置有一个或多个读取总线，每个读取总线的输出端连接至一个所述量子读取反馈信号链路。
作为示例，量子计算机可以为超导量子计算机，相应地，量子芯片可以为超导量子芯片，超导量子芯片上可以设置有一个或多个超导量子比特以及一个或多个读取总线，读取总线和超导量子比特之间可以是一对一或者一对多的关系，即每个读取总线可以耦合一个或多个超导量子比特。
本申请实施例还提供了一种测试系统，用于对量子参量放大器进行测试，所述测试系统包括上述任一项量子读取反馈信号链路、上述任一项计算机设备、量子芯片、控制源和网络分析设备。
信号源用于产生未放大的读取信号。信号源可以是量子芯片，也可以是量子芯片以外的其他信号源。量子芯片提供的读取信号和其他信号源提供的微弱信号的频率均可以调控，以使其提供特定频率的信号。
控制源包括微波源和电压源，所述微波源用于产生泵浦信号，所述电压源用于对所述量子参量放大器进行调制以使其得到所述泵浦信号。具体地说，微波源用于产生泵浦信号以使量子参量放大器产生输出增益，电压源用于产生电流信号以调节量子参量放大器中的电感和阻抗，使得泵浦信号能够作用于量子参量放大器而产生输出增益。微波源产生的泵浦信号和电压源产生的电流信号可以通过混合器进行混合并输入量子参量放大器中。
网络分析设备用于测量所述量子参量放大器的输出信号的功率。网络分析设备例如可以包括网络分析仪。作为示例，网络分析设备为矢量网络分析仪。
在测试系统中，使用信号源产生未放大的读取信号，使用控制源使得量子参量放大器获取泵浦信号，其中微波源用于产生泵浦信号，电压源用于产生偏置电压，偏置电压提供电流信号，调节量子参量放大器中超导量子干涉仪的电感，超导量子干涉仪可以视为随电流可变的电感，调节电感会导致量子参量放大器的由电容和电感组成的谐振器的频率发生变化，也会影响量子参量放大器的阻抗，合适的频率和阻抗能够让泵浦信号的功率灌入量子参量放大器中，从而产生输出增益。将读取信号和泵浦信号输入量子参量放大器中，通过网络分析设备测试其点频增益，还可以进一步测试其带频增益和增益频段，以筛选出输出增益和增益频段满足实际需求的量子参量放大器，来执行信号放大任务。
在一些实施例中，量子读取反馈信号链路中的多个环形器用于设置于所述量子参量放大器的输入端和输出端，例如可以设置于量子芯片与量子参量放大器之间、量子参量放大器和网络分析设备之间。量子参量放大器和网络分析设备之间还可以设置有其他放大器，如商用低噪声放大器以及其他商用放大器等。
参见图9，图9是本申请实施例提供的一种读取信号放大方法的流程示意图。
本申请实施例还提供了一种读取信号放大方法，用于对量子芯片的一个读取总线的读取信号进行放大，所述读取信号放大方法包括步骤S401～S402。
步骤S401：在所述量子参量放大器的作用下，通过上述任一项量子读取反馈信号链路接收并放大读取信号，以测量谐振中心频率的点频增益，将所述谐振中心频率的点频增益对应的工作参数作为所述量子参量放大器的目标工作参数。所述工作参数包括标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压中的一种或多种，所述谐振中心频率为谐振腔频段的中心频率，所述谐振腔频段包括耦合至所述读取总线的一个或多个量子比特的读取谐振腔的谐振频率。
步骤S402：使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，利用所述量子参量放大器对所述读取总线的读取信号进行放大。
在一些实施例中，目标工作参数包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压，量子参量放大器的偏移量根据谐振中心频率f0和目标标准泵浦频率fp确定，以使量子参量放大器的增益频段覆盖谐振腔频段。例如，量子参量放大器的偏移量可以从[f0-fp-m,f0-fp+m]区间中选取。
在一些实施例中，量子测控系统可以包括量子读取反馈信号链路，量子芯片的每个读取总线对应一个量子读取反馈信号链路，通过量子读取反馈信号链路中的量子参量放大器放大该读取总线对应的读取信号，从而实现高保真度的读取量子比特的量子态信息。量子测控系统还可以包括微波源，用于产生泵浦信号。此外，量子测控系统还可以包括信号处理板卡，信号处理板卡用于产生频率控制信号，以实现量子参量放大器的工作频率相对于目标标准泵浦频率的偏移量，将量子参量放大器的工作频率调制到合适的频率位置，使量子参量放大器的工作频率与读取信号的频率相匹配，使得量子参量放大器的增益频段覆盖谐振腔频段，即可对该读取总线的读取信号进行放大。其中，量子参量放大器可以为约瑟夫森参量放大器、阻抗匹配参量放大器等。
在一些实施例中，未放大的读取信号经过环形器隔离后输入量子参量放大器，经过量子参量放大器放大，再经过环形器隔离，直接进入或者经加法器后分别进入网络分析仪和频谱仪，加法器和环形器之间还可以设置有一个或多个环形器和一系列的放大器，网络分析仪用于放大后的读取信号的输出增益表征，频谱仪用于放大后的读取信号的噪声水平的表征。一系列的放大器例如包括多个商用放大器，多个商用放大器具有不同的放大系数，且处于不同的温区。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其具体实施方式与上述方法实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果相类似，部分内容不再赘述。
所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述任一项方法的步骤，或者实现上述任一项计算机设备的功能。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，其具体实施方式与上述方法实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果相类似，部分内容不再赘述。
所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述任一项方法的步骤或者实现上述任一项计算机设备的功能。
计算机程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本申请的计算机程序产品不限于此，计算机程序产品可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。
可以理解，本说明书中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请的实施方式，而非限制本申请的保护范围。
可以理解，在本说明书的各种实施方式中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施过程构成任何限定。
可以理解，本说明书中描述的各种实施方式，既可以单独实施，也可以组合实施，本申请对此并不限定。
除非另有说明，本说明书所使用的所有技术和科学术语与本说明书的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本说明书的范围。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项的任意的和所有的组合。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本说明书的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的各实施例的具体工作过程，可以参考其他实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本说明书所提供的几个实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置和方式，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请技术方案的目的。
另外，在本说明书各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为本说明书的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本说明书揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本说明书的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述量子读取反馈信号链路包括：
至少一个隔离器，一个或多个隔离器用于设置于第一制冷层和/或第二制冷层以接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号；
量子参量放大器，所述量子参量放大器用于设置于所述第二制冷层以接收并放大来自所述第一制冷层或者所述第二制冷层的隔离器的未放大的读取信号；
其中，所述第一制冷层的温度低于所述第二制冷层的温度。
2.根据权利要求1所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述第一制冷层的温度不低于10mK且不高于20mK，和/或，所述第二制冷层的温度不低于120mK且不高于200mK。
3.根据权利要求1所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述至少一个隔离器包括第一隔离器至第三隔离器；
所述第一隔离器和第二隔离器用于串联设置于所述第一制冷层，所述第一隔离器用于接收来自所述量子芯片的未放大的读取信号，所述第二隔离器用于接收来自所述第一隔离器的未放大的读取信号；
所述第三隔离器用于设置于所述第二制冷层以接收来自所述第二隔离器的未放大的读取信号；
所述量子参量放大器用于接收并放大来自所述第三隔离器的未放大的读取信号。
4.根据权利要求3所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述至少一个隔离器还包括第四隔离器，所述量子读取反馈信号链路还包括低噪声放大器；
所述第四隔离器用于设置于第三制冷层以接收来自所述第三隔离器的未放大的读取信号；
所述低噪声放大器用于设置于第四制冷层以接收并放大来自所述量子参量放大器的放大后的读取信号或者接收并放大来自所述第四隔离器的未放大的读取信号。
5.根据权利要求1-3任一项所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述未放大的读取信号为一个读取总线的读取信号，每个读取总线耦合一个或多个量子比特，每路读取信号的频率由相应一个或多个量子比特的读取谐振腔决定；
其中，所述量子参量放大器的目标工作参数根据谐振中心频率的点频增益确定，所述目标工作参数包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压中的一种或多种，所述谐振中心频率为谐振腔频段的中心频率，所述谐振腔频段包括耦合至所述读取总线的一个或多个量子比特的读取谐振腔的谐振频率。
6.根据权利要求5所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述谐振中心频率的点频增益的确定过程包括：
多次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，以分别获取每个频率fx对应的第二点频增益；
将所有第二点频增益中的最大值作为所述谐振中心频率的点频增益；
其中，获取频率fx对应的第二点频增益的过程包括：
在所述量子参量放大器的作用下，设定标准泵浦频率为fx且使泵浦功率和偏置电压变化，以测量所述谐振中心频率的多个第一输出增益，并将多个第一输出增益中的最大值作为第一点频增益；
在所述第一点频增益满足第一预设增益条件的情况下，将所述第一点频增益对应的泵浦功率和偏置电压分别作为第一泵浦功率和第一偏置电压；
在所述量子参量放大器的作用下，使标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别在各自对应的设定范围内变化，以测量所述谐振中心频率的多个第二输出增益，并将多个第二输出增益中的最大值作为第二点频增益；其中，标准泵浦频率对应的设定范围以频率fx为中心，泵浦功率对应的设定范围以第一泵浦功率为中心，偏置电压对应的设定范围以第一偏置电压为中心。
7.根据权利要求6所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述标准泵浦频率的可选输出频段满足以下任意一种条件：
所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；
所述可选输出频段和所述谐振腔频段存在重叠部分，且在多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率组成的频率组合中，任意两个频率之间的间隔大于或等于预设频率间隔，所述标准泵浦频率为所述可选输出频段中的任意频率，所述多个镜像频率包括每个谐振频率相对于所述标准泵浦频率的镜像频率。
8.根据权利要求7所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述预设频率间隔为20MHz。
9.根据权利要求7所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；
所述谐振腔频段为[f0-a/2,f0+a/2]，f0为谐振中心频率；
所述标准泵浦频率的可选输出频段为[b,f0-a/2-c]∪[f0+a/2+c,d]；
其中，d>b>0，a>0，c>0，c为谐振腔频段的设计端值与实际端值的端值偏移量，b和d为预设测量范围的端值。
10.根据权利要求9所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，在所述量子参量放大器的作用下，在设定标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压后，测量任意频率fy的输出增益的过程包括：
设置所述量子参量放大器对应的偏移量Δ处于[fg-fp-m,fg-fp+m]区间，且使增益频段覆盖所述谐振腔频段，其中fg为目标频率，fp为标准泵浦频率，m>0，所述目标频率fg的取值范围为[f0-a/2-c,f0+a/2+c]；
将未放大的读取信号和泵浦信号输入所述量子参量放大器，以测量所述量子参量放大器的输出信号的功率；其中，读取信号的频率为fy，泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp；
根据所述未放大的读取信号的功率和所述输出信号的功率，计算得到频率fy的输出增益。
11.根据权利要求9所述的量子读取反馈信号链路，其特征在于，使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，以测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益和所述量子参量放大器的增益频段。
12.一种量子计算机，其特征在于，包括量子芯片和一个或多个权利要求1-11任一项所述的量子读取反馈信号链路，所述量子芯片上设置有一个或多个读取总线，每个读取总线的输出端连接至一个所述量子读取反馈信号链路。
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