CN216697326U - 量子控制系统及量子计算机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种量子控制系统和量子计算机，属于量子信息技术领域。它包括信号处理装置、直流偏置电路、第一IQ混频器装置，本申请能够通过所述信号处理装置产生或处理对应目标量子信号的第一中频信号和第二中频信号，并通过所述直流偏置电路对所述第一中频信号和所述第二中频信号进行直流偏移补偿处理为带有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号，使得进入到所述第一IQ混频器装置中的第一IQ混频器的两路信号不存在I和Q端口的直流偏移问题。本申请具有结构简单、设计合理、易于制造、成本低的优点。

Description

量子控制系统及量子计算机

技术领域

本申请属于量子计算技术领域，更具体地说，涉及一种量子控制系统及量子计算机。

背景技术

量子计算机的核心为量子芯片，量子芯片上设置有多个量子比特，每个量子比特由设置在量子芯片上的特定硬件电路构成，每个量子比特具备至少两个可区分的逻辑状态，基于量子算法，量子比特的逻辑状态可以发生可控变化，进而实现量子计算。其中，量子算法是通过外加操控信号实现的，与经典比特所需的操控信号是高低电平的数字信号不同，量子比特所需的操控信号是经过调制的模拟脉冲信号。例如，调控量子比特的逻辑状态的量子态控制信号、测量量子比特的逻辑状态的读取信号等。

量子芯片的工作频率比较高，约在4-8GHz，操控信号的频率要匹配量子芯片的工作频率才能实现对量子比特的逻辑状态的调控与读取。因此量子控制系统中需要采用混频器来变频产生与量子芯片的工作频率相匹配的操控信号。

相关技术的量子控制系统普遍采用具有一个中频信号输入通道的平衡混频器，采用该种混频器的系统需要使用较多的开关滤波器组进行分段滤波以实现输出信号的边带抑制、本振抑制和杂散抑制，一定程度上存在变频电路复杂、体积大且成本高等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种量子控制系统及量子计算机，以解决相关技术存在的问题，它的变频电路结构简单，能够满足量子比特的操控信号需求。

根据本申请的一个方面，提供一种量子控制系统，包括信号处理装置、直流偏置电路、第一IQ混频器装置；

所述信号处理装置，用于产生或处理对应量子信号的中频信号，其中，所述中频信号包括对应用于量子比特操控的目标量子信号的频率相同的第一中频信号和第二中频信号，所述第一中频信号和所述第二中频信号的频率相同；

所述直流偏置电路，用于将所述第一中频信号和所述第二中频信号处理为具有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号；

所述第一IQ混频器装置包括第一IQ混频器，所述第一IQ混频器用于基于本振信号对所述第一基带信号和所述第二基带信号进行处理，并基于处理结果产生所述目标量子信号。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第一IQ混频器的I端口、Q端口和RF端口均设置有衰减器，所述衰减器用于分别对所述第一IQ混频器的I端口、Q端口和RF端口进行功率调节和阻抗调节。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第一IQ混频器装置还包括：

第一低通滤波器，所述第一低通滤波器连接位于所述第一IQ混频器的I端口的所述衰减器的另一端，所述第一低通滤波器用于对所述第一基带信号进行滤波处理；

第二低通滤波器，所述第二低通滤波器连接位于所述第一IQ混频器的Q端口的所述衰减器的另一端，所述第二低通滤波器用于对所述第二基带信号进行滤波处理。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第一IQ混频器装置还包括：

第一射频放大器，所述第一射频放大器连接位于所述第一IQ混频器的RF端口的所述衰减器的另一端，所述第一射频放大器用于对位于所述第一IQ混频器的RF端口的所述衰减器输出的信号进行放大处理；

第一带通滤波器，所述第一带通滤波器连接所述第一射频放大器的输出端，所述第一带通滤波器用于对所述第一射频放大器输出的信号进行滤波处理。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第一IQ混频器装置还包括：

第一数控衰减器，所述第一数控衰减器连接所述第一带通滤波器的输出端，所述第一数控衰减器用于对所述第一带通滤波器输出的信号进行功率调控。

在本申请的一种示例性实施例中，所述量子控制系统还包括：

第二IQ混频器装置，所述第二IQ混频器装置包括第二IQ混频器，所述第二IQ混频器用于基于本振信号对量子比特的读取反馈信号进行处理并输出第三中频信号。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第二IQ混频器装置还包括：

第二射频放大器，所述第二射频放大器连接所述第二IQ混频器的RF端口，所述读取反馈信号被所述第二射频放大器放大处理后通过所述第二IQ混频器的RF端口进入所述第二IQ混频器。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第二IQ混频器装置还包括：

第二带通滤波器，所述第二带通滤波器连接所述第二射频放大器的输出端，所述第二带通滤波器用于对所述第二射频放大器输出的信号进行滤波处理；

中频放大器，所述中频放大器连接所述第二IQ混频器的I端口和/或Q端口，所述中频放大器用于对所述第二IQ混频器的I端口和/或Q端口输出的信号进行放大处理；

第三低通滤波器，所述第三低通滤波器连接所述中频放大器的输入端，所述第三低通滤波器用于对输入到所述中频放大器的信号进行滤波处理。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第二IQ混频器装置还包括：

第二数控衰减器和第三数控衰减器，所述第二数控衰减器串联在所述第二射频放大器和所述第二带通滤波器之间，所述第三数控衰减器连接所述中频放大器的输出端，所述第二数控衰减器和所述第三数控衰减器共同用于对所述第三中频信号的功率在预设范围内进行调控。

在本申请的一种示例性实施例中，所述量子控制系统还包括：

微波本振源，用于产生所述本振信号；

功分器，用于将所述本振信号进行功分输出至所述第一IQ混频器的LO端口和所述第二IQ混频器的LO端口。

在本申请的一种示例性实施例中，所述量子控制系统还包括：

温度控制装置，用于对所述第一IQ混频器装置的工作环境温度进行恒温控制。

在本申请的一种示例性实施例中，所述直流偏置电路采用Bias-Tee偏置器。

根据本申请的另一个方面，提供一种量子计算机，包括如上任一项所述的量子控制系统。

基于上述任一方面，本申请的量子控制系统包括信号处理装置、直流偏置电路、第一IQ混频器装置，通过所述信号处理装置产生或处理对应量子信号的中频信号，所述中频信号包括对应用于量子比特操控的目标量子信号的频率相同的第一中频信号和第二中频信号，并通过所述直流偏置电路对所述第一中频信号和所述第二中频信号进行直流偏移补偿处理为带有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号，使得进入到所述第一IQ混频器装置中的第一IQ混频器的两路信号不存在I和Q端口的直流偏移问题；同时结合IQ混频器的自身优势，通过一次变频即可获取目标量子信号，有效降低了系统的变频电路的结构复杂度，也提高了所述第一IQ混频器装置的输出信号边带抑制、本振抑制和杂散抑制效果，使得所述第一IQ混频器装置能够输出满足量子比特操控精度需求的目标量子信号。此外，由于所述第一IQ混频器装置中采用了带宽较大的IQ混频器，降低了系统对所述信号处理装置的信号采样率要求，整个系统的结构简单、易于使用维护且制造成本低。

本申请的这些方面或其他方面在后文的详细描述中会更加简明易懂。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。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，对应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为本申请实施方式的量子控制系统结构示意图；

图2为本申请一些实施方式中第一IQ混频器的内部原理框图；

图3为本申请一些实施方式的第一IQ混频器装置的结构示意图；

图4为本申请一些实施方式的第二IQ混频器装置的结构示意图；

图5为本申请一些实施方式的包括微波本振源的量子控制系统结构示意图；

图6为本申请一些实施方式的包括温度控制装置的量子控制系统结构示意图。

图中：1-信号处理装置，2-直流偏置电路，3-第一IQ混频器装置，4-第二IQ混频器装置，5-微波本振源，6-功分器，7-温度控制装置，31-第一IQ混频器，32-衰减器，33-第一低通滤波器，34-第二低通滤波器，35-第一射频放大器，36-第一带通滤波器，37-第一数控衰减器，41-第二IQ混频器，42-第二射频放大器，43-第二带通滤波器，44-中频放大器，45-第三低通滤波器，46-第二数控衰减器，47-第三数控衰减器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”、和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

超导量子计算是目前有望实现量子计算机的主流方案之一。在量子计算机中，为了实现量子芯片中数以万计的量子比特的精准操控，集成化的大型量子控制系统是不可或缺的。在量子控制系统中，不同的线路对操控信号的要求不同：对于量子比特量子态控制信号路线，要求能够产生4-8GHz的任意波形；对于量子比特频率控制信号路线，要求能产生DC～500MHz的任意波形及输出稳定低噪的直流信号；而对于量子比特读取总线，一方面要求能够产生4-8GHz的任意波形，另一方面还要求能够对4-8GHz的信号进行数据采集及数据处理。因此，混频器在量子控制系统中是不可或缺的。

如图1所示，本申请实施方式提供了一种量子控制系统，包括信号处理装置1、直流偏置电路2、第一IQ混频器装置3。其中，所述信号处理装置1，用于产生或处理对应量子信号的中频信号，所述中频信号包括对应用于量子比特操控的目标量子信号的第一中频信号和第二中频信号，所述第一中频信号和所述第二中频信号的频率相同。所述直流偏置电路2，用于将所述第一中频信号和所述第二中频信号处理为具有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号。所述第一IQ混频器装置3包括第一IQ混频器31，所述第一IQ混频器31用于基于本振信号对所述第一基带信号和所述第二基带信号进行处理，并基于处理结果产生所述目标量子信号；所述目标量子信号为对量子比特进行操控所需的信号。例如，如上文所述的量子比特量子态控制信号路线要求的信号、量子比特读取总线要求的信号等。

下面对本申请实施方式的量子控制系统进行详细说明：

如图2所示，在本申请的一些实施方式中，所述第一IQ混频器31是一个四端口的IQ混频器器件，其内部由两个混频器和一个正交耦合器组成。其中，中频信号输入端为I端口和Q端口，本振信号输入端为LO端口，其微波信号输出端为RF端口。通常在LO端口输入一定频率和一定功率的本振信号作为载波，I端口和Q端口输入为频率较低的中频信号，在RF端口输出调制后的微波信号S(t)满足：S(t)＝I(t)cosω_LOt+Q(t)sinω_LOt，因此，通过控制中频信号I(t)和中频信号Q(t)以及本振信号的频率ω_LO，就能够利用较低频率的任意信号生成高频的微波信号。

在本申请的实施方式中，所述信号处理装置1用于产生两个频率相同的所述第一中频信号I(t)和所述第二中频信号Q(t)，并且所述第一中频信号和所述第二中频信号与系统需要输出的目标量子信号相对应，即所述第一中频信号和所述第二中频信号需要包含用于量子比特操控的相关信息。例如，相关技术中采用任意波形发生器生成的含有余弦包络的DRAG波形。

然而，IQ混频器在实际工作时因其内部两个混频器之间的转换损耗不平衡引起了I端口和Q端口的直流偏移，使得从RF端口输出的信号包含了本振泄漏信号，对系统需要产生的目标量子信号造成了干扰，致使系统的本振抑制指标(通过本振泄漏信号的功率来体现)无法达标。并且本振泄漏信号在频谱上与目标量子信号接近，难以用滤波器滤除，因此为了避免其对输出的目标量子信号造成干扰，必须抑制本振泄漏信号。

在本申请的实施方式中，采用所述直流偏置电路2对所述第一中频信号和所述第二中频信号进行直流偏移补偿得到具有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号，使得进入所述第一IQ混频器31的I和Q端口的两路基带信号不存在直流偏移的问题，以消除I和Q端口的直流偏移误差。

本申请实施方式的量子控制系统，通过所述信号处理装置1产生对应目标量子信号的第一中频信号和第二中频信号。并通过所述直流偏置电路2对所述第一中频信号和所述第二中频信号进行直流偏移补偿处理为带有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号，使得进入到所述第一IQ混频器装置3中的第一IQ混频器31的两路信号不存在I和Q端口的直流偏移问题，从而实现了对本振泄漏信号的有效抑制，即系统的本振抑制效果好。

同时结合IQ混频器的自身优势，通过一次变频即可获取目标量子信号，有效降低了系统的变频电路的结构复杂度，也提高了所述第一IQ混频器装置3的输出信号边带抑制和杂散抑制效果，使得所述第一IQ混频器装置3能够输出满足量子比特操控精度需求的目标量子信号。此外，由于所述第一IQ混频器装置3中采用了带宽较大的IQ混频器，降低了系统对所述信号处理装置的信号采样率要求，整个系统的结构简单、易于使用维护且制造成本低。

在本申请的一些实施方式中，所述直流偏置电路2可以采用Bias-Tee偏置器。将所述第一中频信号或所述第二中频信号输入Bias-Tee偏置器的射频端口，并在Bias-Tee偏置器的直流偏置端口输入直流信号，以在Bias-Tee偏置器的输出端口中获取到叠加了直流成分的射频信号，即为具有直流偏置的所述第一基带信号或所述第二基带信号。

需要说明的是，在Bias-Tee偏置器的直流偏置端口输入直流信号的电压数值可以基于实际应用系统的本振抑制指标采用偏置电压扫描的方法获取，也可以采用满足系统的本振抑制指标要求的一个特定的电压量级进行设定，在此不做特殊限定。例如，当系统要求变频电路的本振抑制指标不低于-60dBc时，I和Q端口的直流信号的电压量级需为±1.5V，调节精度在1mV。所述的偏置电压扫描的方法可以为：首先扫描0V周围的I端口的偏置电压，同时使Q端口的偏置电压保持在0V；第一遍将I端口的偏置电压扫描完成后，将I端口的偏置电压保持在产生第一个I端口调零的值，进行扫描0V周围的Q端口的偏置电压；第二遍将Q端口的偏置电压扫描完成后，将Q端口的偏置电压保持在产生第一个Q端口调零的值，再次对I端口的偏置电压进行扫描，最终使本振泄漏信号的功率值达到最低值要求。采用所述的偏置电压扫描方法获取I和Q端口的直流信号的电压数值时，扫描精度可以为1mV。

如图3所示，在本申请的一些实施方式中，所述第一IQ混频器31的I端口、Q端口和RF端口均设置有衰减器32，所述衰减器用于所述第一IQ混频器31的端口阻抗匹配，进一步分别对所述第一IQ混频器31的I端口、Q端口和RF端口进行功率调节和阻抗调节。

如图3所示，在本申请的一些实施方式中，所述第一IQ混频器装置3还包括第一低通滤波器33和第二低通滤波器34。其中，所述第一低通滤波器33连接位于所述第一IQ混频器31的I端口的所述衰减器32的另一端，所述第一低通滤波器33用于对所述第一基带信号进行滤波处理，以滤除高于所述第一基带信号频率的高频成分。增设所述第一低通滤波器33能够提高进入到所述第一IQ混频器31的I端口的信号的质量，并能够降低杂散及倍频信号的功率以及能降低后级所述第一IQ混频器31的变频损耗。所述第二低通滤波器34连接位于所述第一IQ混频器31的Q端口的所述衰减器32的另一端，所述第二低通滤波器34用于对所述第二基带信号进行滤波处理。所述第二低通滤波器34与所述第一低通滤波器33具有相同的效果，在此不再赘述。

如图3所示，在本申请的一些实施方式中，所述第一IQ混频器装置3还包括第一射频放大器35和第一带通滤波器36。其中，所述第一射频放大器35连接位于所述第一IQ混频器31的RF端口的所述衰减器32的另一端。由于从位于所述第一IQ混频器31的RF端口的所述衰减器32输出的信号功率较低，不能满足应用需求，因此，采用所述第一射频放大器35对位于所述第一IQ混频器31的RF端口的所述衰减器32输出的信号进行放大处理。实际使用时，所述第一射频放大器35的选型需要关注增益和噪声系数等指标，适宜选择高增益低噪声系数指标的产品，进而减少对信号相位噪声指标的影响。此外，所述第一射频放大器的增益以及级联数量可以根据实际信号的放大需求进行设置，在此不做特殊限定。所述第一带通滤波器36连接所述第一射频放大器35的输出端。所述第一带通滤波器36用于对所述第一射频放大器35输出的信号进行滤波处理。所述第一带通滤波器36需要选用覆盖使用频段的产品，用以滤除经过所述第一射频放大器35后信号的谐波及其他杂散信号。

如图3所示，在本申请的一些实施方式中，所述第一IQ混频器装置3还包括第一数控衰减器37，所述第一数控衰减器37连接所述第一带通滤波器36的输出端。所述第一数控衰减器37用于对所述第一带通滤波器36输出的信号进行功率调控，使得输出信号的功率满足在预设范围内可调节的需求。所述第一数控衰减器37的衰减值及级联数量可以根据实际的输出功率调节范围进行确定，在此不做特殊限定。需要注意的是，若采用多级级联的方式时，每级的所述第一数控衰减器37需要布局在单独空腔内，否则会影响最大衰减量。

上文所述第一IQ混频器装置3实现的是信号发射通道的功能，即为能够产生并输出4-8GHz的任意波形，可以满足所述量子控制系统中量子比特量子态控制信号路线的需求以及满足量子比特读取总线的一部分需求。在量子计算领域中，为了得到量子芯片的运算结果，需要对量子芯片输出的信号进行采集和分析处理。因此，对于量子比特读取总线的数据采集及数据处理需求，所述量子控制系统还需要具备信号接收通道的功能。

如图4所示，在本申请的一些实施方式中，所述量子控制系统还包括第二IQ混频器装置4。所述第二IQ混频器装置4包括第二IQ混频器41，所述第二IQ混频器41用于基于本振信号对量子比特的读取反馈信号进行处理并输出第三中频信号。其中，所述读取反馈信号为量子比特读取总线需要进行采集的4-8GHz信号。所述第二IQ混频器41的RF端口用于采集所述读取反馈信号，所述第二IQ混频器41的LO端口用于接收所述本振信号，所述读取反馈信号和所述本振信号在所述第二IQ混频器41中进行下变频产生所述第三中频信号。所述第三中频信号从所述第二IQ混频器41的I和/或Q端口输出。所述信号处理装置1可以接收所述第三中频信号，并对所述第三中频信号进行数据处理。

需要说明的是，所述第二IQ混频器41的I端口和Q端口均会输出一路信号，并且对这两路信号进行数据分析所得结果相同。因此在实际应用时，既可以选择任意一路输出信号进行结果分析，也可以将两路输出信号同时输出进行结果分析，在此不做特殊限定。当在选择其中一路输出信号进行结果分析时，另一路信号需要采用负载进行消耗。

如图4所示，在本申请的一些实施方式中，所述第二IQ混频器装置4还包括第二射频放大器42，所述第二射频放大器42连接所述第二IQ混频器41的RF端口。由于所述读取反馈信号非常微弱，为了提高信号强度，需要采用所述第二射频放大器42对所述读取反馈信号进行放大处理后通过所述第二IQ混频器41的RF端口进入到所述第二IQ混频器41。

如图4所示，在本申请的一些实施方式中，所述第二IQ混频器装置4还包括第二带通滤波器43、中频放大器44和第三低通滤波器45。其中，所述第二带通滤波器43连接所述第二射频放大器42的输出端。所述第二射频放大器42的选型需要关注低噪声系数指标。经过所述第二射频放大器42放大后的信号会携带噪声，需要采用所述第二带通滤波器43对放大后的信号进行噪声滤波处理，以提高进入所述第二IQ混频器41中信号的品质。

所述中频放大器44连接所述第二IQ混频器41的I端口和/或Q端口，所述中频放大器44用于对所述第二IQ混频器41的I端口和/或Q端口输出的信号进行放大处理。即是利用所述中频放大器44对所述第二IQ混频器41输出的有效信号进行放大，以利于提高后级的数据分析结果精度。所述第三低通滤波器45连接所述中频放大器44的输入端，利用所述第三低通滤波器45对从所述第二IQ混频器41输出的信号进行滤波处理，以提高进入所述中频放大器44中信号的品质，一定程度上提高了后级的数据分析结果精度。

如图4所示，在本申请的一些实施方式中，所述第二IQ混频器装置4还包括第二数控衰减器46和第三数控衰减器47。其中，所述第二数控衰减器46串联在所述第二射频放大器42和所述第二带通滤波器43之间，所述第三数控衰减器47连接所述中频放大器44的输出端，所述第二数控衰减器46和所述第三数控衰减器47共同用于对所述第三中频信号的功率在预设范围内进行调控，从而实现了对输出信号的功率在预设范围内可控的功能，一定程度上降低了系统对所述第三中频信号的后级信号处理装置的功率值设计要求，提高了系统的适用范围。需要说明的是，所述第二数控衰减器46和所述第三数控衰减器47需要设置在独立空腔中，以实现空间隔离，从而保证具有良好的衰减性能。

如图5所示，在本申请的一些实施方式中，所述量子控制系统还包括微波本振源5和功分器6。其中，所述微波本振源5用于产生所述本振信号。所述微波本振源5可以选用具有固定频率的微波点频源，也可以选用可调频率的微波频率源，只要满足实际应用需求即可，在此不做特殊限定。所述功分器6用于将所述本振信号进行功分输出至所述第一IQ混频器31的LO端口和所述第二IQ混频器41的LO端口。采用功分器6可以实现多个IQ混频器共用一个所述微波本振源5，一定程度上降低了系统的成本。

如图6所示，在本申请的一些实施方式中，所述量子控制系统还包括温度控制装置7。将所述温度控制装置7和所述第一IQ混频器装置3设置在同一个容纳腔体中，所述温度控制装置7用于对所述第一IQ混频器装置3的工作环境温度进行恒温控制，以减少因工作环境温度变化而产生的信号偏移和信号泄漏，保证所述第一IQ混频器装置3的性能稳定，提高所述量子控制系统的信号精度。

具体而言，所述温度控制装置7可以包括温控模块和半导体制冷器(Thermoelectric Cooler,TEC)。当所述第一IQ混频器装置3因外界环境或工作运转等原因导致其工作环境温度发生变化时，利用所述温控模块获取所述第一IQ混频器装置3的实时工作环境温度，并依据所述实时工作环境温度以及目标温度输出温度调节信号，所述半导体制冷器设置在所述第一IQ混频器装置3上，并连接所述温控模块，用于响应所述温度调节信号调节所述第一IQ混频器装置3的工作环境温度为所述目标温度。

此外，所述温度控制装置7也可以对所述第二IQ混频器装置4的工作环境温度进行恒温控制，以保证所述第二IQ混频器装置4的性能稳定性。利用所述温度控制装置7对所述第二IQ混频器装置4的工作环境温度进行恒温控制的具体过程与对所述第一IQ混频器装置3的工作环境温度的恒温控制相同，在此不在赘述。

示例性的，所述第一IQ混频器和所述第二IQ混频器可以采用4GHz-8.5GHz宽带I/Q混频器HMC525A，系统的所述第一IQ混频器装置的RF输出功率带内平坦度约为2dB。其中，所述直流偏置电路的偏置电压量级设为±1.5V，并通过在4-8GHz范围内改变LO的频率对系统的所述第一IQ混频器和所述第二IQ混频器进行使用前一次校准后，系统的本振抑制、边带抑制和杂散抑制指标均维持在-60dBc左右。另外，由于所述温度控制装置将所述第一IQ混频装置的工作环境温度控制在±5℃以内，因此，系统中所述第一IQ混频装置处于近乎恒温的工作环境，维持了良好的系统性能稳定性，系统在使用过程中基本不需要校准，便于使用维护。

本申请的实施方式还提供了一种量子计算机，量子计算机包括上述任意实施方式的量子控制系统，该量子控制系统的具体细节在此不再赘述。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干装置、模块或电路，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多装置、模块或电路的特征和功能可以在一个装置、模块或电路中具体化。反之，上文描述的一个装置、模块或电路的特征和功能可以进一步划分为由多个装置、模块或电路来具体化。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (13)

1.一种量子控制系统，其特征在于，包括信号处理装置、直流偏置电路、第一IQ混频器装置；

所述信号处理装置，用于产生或处理对应量子信号的中频信号，其中，所述中频信号包括对应用于量子比特操控的目标量子信号的频率相同的第一中频信号和第二中频信号；

所述直流偏置电路，用于将所述第一中频信号和所述第二中频信号处理为具有直流偏置的第一基带信号和第二基带信号；

所述第一IQ混频器装置包括第一IQ混频器，所述第一IQ混频器用于基于本振信号对所述第一基带信号和所述第二基带信号进行处理，并基于处理结果产生所述目标量子信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一IQ混频器的I端口、Q端口和RF端口均设置有衰减器，所述衰减器用于分别对所述第一IQ混频器的I端口、Q端口和RF端口进行功率调节和阻抗调节。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一IQ混频器装置还包括：

第一低通滤波器，所述第一低通滤波器连接位于所述第一IQ混频器的I端口的所述衰减器的另一端，所述第一低通滤波器用于对所述第一基带信号进行滤波处理；

第二低通滤波器，所述第二低通滤波器连接位于所述第一IQ混频器的Q端口的所述衰减器的另一端，所述第二低通滤波器用于对所述第二基带信号进行滤波处理。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一IQ混频器装置还包括：

第一射频放大器，所述第一射频放大器连接位于所述第一IQ混频器的RF端口的所述衰减器的另一端，所述第一射频放大器用于对位于所述第一IQ混频器的RF端口的所述衰减器输出的信号进行放大处理；

第一带通滤波器，所述第一带通滤波器连接所述第一射频放大器的输出端，所述第一带通滤波器用于对所述第一射频放大器输出的信号进行滤波处理。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一IQ混频器装置还包括：

第一数控衰减器，所述第一数控衰减器连接所述第一带通滤波器的输出端，所述第一数控衰减器用于对所述第一带通滤波器输出的信号进行功率调控。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述量子控制系统还包括：

第二IQ混频器装置，所述第二IQ混频器装置包括第二IQ混频器，所述第二IQ混频器用于基于本振信号对量子比特的读取反馈信号进行处理并输出第三中频信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二IQ混频器装置还包括：

第二射频放大器，所述第二射频放大器连接所述第二IQ混频器的RF端口，所述读取反馈信号被所述第二射频放大器放大处理后通过所述第二IQ混频器的RF端口进入所述第二IQ混频器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二IQ混频器装置还包括：

第二带通滤波器，所述第二带通滤波器连接所述第二射频放大器的输出端，所述第二带通滤波器用于对所述第二射频放大器输出的信号进行滤波处理；

中频放大器，所述中频放大器连接所述第二IQ混频器的I端口和/或Q端口，所述中频放大器用于对所述第二IQ混频器的I端口和/或Q端口输出的信号进行放大处理；

第三低通滤波器，所述第三低通滤波器连接所述中频放大器的输入端，所述第三低通滤波器用于对输入到所述中频放大器的信号进行滤波处理。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二IQ混频器装置还包括：

第二数控衰减器和第三数控衰减器，所述第二数控衰减器串联在所述第二射频放大器和所述第二带通滤波器之间，所述第三数控衰减器连接所述中频放大器的输出端，所述第二数控衰减器和所述第三数控衰减器共同用于对所述第三中频信号的功率在预设范围内进行调控。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述量子控制系统还包括：

微波本振源，用于产生所述本振信号；

功分器，用于将所述本振信号进行功分输出至所述第一IQ混频器的LO端口和所述第二IQ混频器的LO端口。

11.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，所述量子控制系统还包括：

温度控制装置，用于对所述第一IQ混频器装置的工作环境温度进行恒温控制。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述直流偏置电路采用Bias-Tee偏置器。

13.一种量子计算机，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的量子控制系统。

Images