CN216956987U - 一种量子计算机 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种量子计算机，其中量子计算机包括：信号源设备，位于稀释制冷机的外部，用于输出驱动量子芯片上量子位工作频率的直流驱动信号；所述量子芯片，位于所述稀释制冷机的最底层，通过直流信号传输线连接所述信号源设备，用于接收所述直流驱动信号执行量子计算，其中，所述最底层为所述稀释制冷机中温度最低的一层；散热装置，安装于所述稀释制冷机的制冷盘上，所述散热装置包括散热件，所述散热件上设置有多个供所述直流信号传输线穿过的容线孔。本申请提出的量子计算机中，能够使直流信号传输线路与稀释制冷机的制冷盘进行充分的热交换，避免信号传输线路产生的热量逸散至量子芯片处，量子芯片能够发挥更出色的性能。

Description

一种量子计算机

技术领域

本申请属于量子计算领域，尤其是量子计算技术领域，特别地，本申请涉及一种量子计算机。

背景技术

量子计算是一种遵循量子力学规律调控基本信息单元进行计算的新型计算模式。经典计算的基本信息单元是经典比特，量子计算的基本信息单元是量子比特，经典比特只能处于一种状态，即0或1，而基于量子力学态叠加原理，量子比特的状态可以处于多种可能性的叠加状态，因而量子计算的计算效率远远超过经典计算的计算效率。

在超导物理体系的量子计算机中，量子芯片需要在极低温的环境下，才能取得较为优异的工作性能，如果工作环境温度过高，其量子态的演化将非常难以控制。在现有的量子计算机中，直流信号源与量子芯片之间距离较远，且中间还需要增加滤波器等器件对信号进行优化，因此，在量子计算机的实际运行过程中，直流信号传输线路存在发热较为严重的问题，同时，基于线路安装的需要，直流信号传输线路设计得较细。在现有的直流信号传输线路的安装中，直流信号传输线路直接从稀释制冷机的各个制冷盘上穿过，直流信号传输线路与稀释制冷机的制冷盘的接触面积很小，因此，直流信号传输线路与稀释制冷机的制冷盘无法进行充分的热交换，从而造成直流信号传输线路产生的热量逸散至量子芯片的工作区域，造成量子芯片工作环境处的温度升高，从而影响量子芯片的工作性能。随着未来量子计算机中量子比特数的扩展，也需要同时增加更多传输信号的线路来对量子芯片进行调控，线路产生的热量将对量子芯片工作所要求的极低温工作环境造成破坏，影响量子芯片的正常工作。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种量子计算机，以解决现有技术中的不足，它能够使直流信号传输线路与稀释制冷机的制冷盘进行充分的热交换，避免线路产生的热量逸散至量子芯片处，从而使量子芯片能够发挥更出色的性能。

本申请的技术方案如下：

一种量子计算机，包括：

信号源设备，位于稀释制冷机的外部，用于输出驱动量子芯片上量子位工作频率的直流驱动信号；

所述量子芯片，位于所述稀释制冷机的最底层，通过直流信号传输线连接所述信号源设备，用于接收所述直流驱动信号执行量子计算，其中，所述最底层为所述稀释制冷机中温度最低的一层；

散热装置，安装于所述稀释制冷机的制冷盘上，所述散热装置包括散热件，所述散热件上设置有多个供所述直流信号传输线穿过的容线孔。

进一步的，所述容线孔与所述直流信号传输线间隙配合。

进一步的，所述容线孔为轴向贯穿所述散热件的通孔。

进一步的，所述容线孔为在所述散热件内部轴向开设的螺旋孔。

进一步的，所述散热件包括同轴设置且间隙配合的散热体和套筒；

所述散热体的径向表面开设有呈螺旋状排布的容线槽，所述散热体与所述套筒配合形成所述螺旋孔。

进一步的，所述散热装置还包括固定板，所述固定板位于所述散热件和所述制冷盘之间，所述固定板用于所述散热件与所述制冷盘之间的固定安装。

进一步的，所述固定板上开设有与所述容线孔相连通的出线孔。

进一步的，所述散热装置可拆卸连接于所述制冷盘。

进一步的，所述散热装置安装于所述制冷盘上远离所述量子芯片一端的表面上。

进一步的，所述稀释制冷机的多个所述制冷盘上均安装有所述散热装置。

与现有技术相比，本申请提出的量子计算机，包括：信号源设备，位于稀释制冷机的外部，用于输出驱动量子芯片上量子位工作频率的直流驱动信号；所述量子芯片，位于所述稀释制冷机的最底层，通过直流信号传输线连接所述信号源设备，用于接收所述直流驱动信号执行量子计算，其中，所述最底层为所述稀释制冷机中温度最低的一层；散热装置，安装于所述稀释制冷机的制冷盘上，所述散热装置包括散热件，所述散热件上设置有多个供所述直流信号传输线穿过的容线孔。本申请提出的量子计算机中，通过在稀释制冷机的制冷盘上增设散热装置，使得直流信号传输线产生的热量能够充分的传输给制冷盘，从而能够使直流信号传输线与制冷盘进行充分的热交换，避免直流信号传输线产生的热量逸散至量子芯片处，为量子芯片提供其所需的极低温工作环境。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种量子计算机的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种散热装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种散热装置的结构示意图；

图4为图3中散热装置的散热体的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的散热装置安装于制冷盘上的结构示意图。

附图标记说明：1-信号源设备；2-直流信号传输线；3－稀释制冷机；4－量子芯片；5－散热装置；31－制冷盘；51－散热件；52－底座；511－散热体；512－套筒；513－通孔；514－螺旋孔；5111－容线槽。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在超导物理体系的量子计算机中，量子芯片是量子计算机执行相关运算的核心器件，量子芯片需要在极低温的环境下，才能取得较为优异的工作性能，如果工作环境温度过高，其量子态的演化将非常难以控制。在现有的量子计算机中，直流信号源与量子芯片之间距离较远，且中间还需要增加滤波器等器件对信号进行优化，因此，在量子计算机的实际运行过程中，直流信号传输线路存在发热较为严重的问题，同时，基于线路安装的需要，直流信号传输线路设计得较细。在现有的直流信号传输线路的安装中，直流信号传输线路直接从稀释制冷机的各个制冷盘上穿过，直流信号传输线路与稀释制冷机的制冷盘的接触面积很小，因此，直流信号传输线路与稀释制冷机的制冷盘无法进行充分的热交换，从而造成直流信号传输线路产生的热量逸散至量子芯片的工作区域，造成量子芯片工作环境处的温度升高，从而影响量子芯片的工作性能。随着未来量子计算机中量子比特数的扩展，也需要同时增加更多传输信号的线路来对量子芯片进行调控，线路产生的热量将对量子芯片工作所要求的极低温工作环境造成破坏，影响量子芯片的正常工作。

有鉴于此，本申请的实施例提出一种量子计算机以解决现有技术的不足，使直流信号传输线与稀释制冷机的制冷盘进行充分的热交换，避免直流信号传输线产生的热量逸散至量子芯片处，从而使量子芯片能够发挥更出色的性能。

结合图1及图5所示，本申请的实施例提出的量子计算机，包括信号源设备1，位于稀释制冷机3的外部，用于输出驱动量子芯片4上量子位工作频率的直流驱动信号；量子芯片4，位于稀释制冷机3的最底层，通过直流信号传输线2连接信号源设备1，用于接收直流驱动信号执行量子计算，其中，最底层为稀释制冷机3中温度最低的一层；散热装置5，安装于稀释制冷机3的制冷盘31上，散热装置5包括散热件51，散热件51上设置有多个供直流信号传输线2穿过的容线孔。

在量子计算机的实际运行过程中，信号源设备1位于稀释制冷机3的外部，输出直流驱动信号，以此实现对量子芯片4上的量子位工作频率的调控，具体的，直流驱动信号用于将量子位的工作频率调至量子位工作点，在对量子芯片4的量子位的工作频率的调控中还包括脉冲驱动信号，脉冲驱动信号用于使量子位的工作频率偏离量子位的工作点，直流驱动信号与脉冲驱动信号共同实现对量子芯片4的量子位的频率调控。除此之外，在量子计算机执行量子计算的过程中，还包括微波驱动信号，微波驱动信号用于调控量子芯片4上的量子位的量子态变化。

基于量子芯片4所需的极低温工作环境，在本申请实施例所提出的量子计算机中，量子芯片4位于稀释制冷机3的最底层，即稀释制冷机3中温度最低的区域，以此为量子芯片4提供其所需的极低温工作环境，确保量子计算的准确执行。量子芯片4通过直流信号传输线2连接信号源设备1，以此接收直流驱动信号，除此之外，在量子计算机中，还包括与量子芯片4相连接，用于供量子芯片4接收脉冲驱动信号、微波驱动信号的线路，通过相关信号的调控，执行量子计算。

在本申请的实施例中，还设置有散热装置5，散热装置5安装于稀释制冷机3的制冷盘31上，散热装置5包括散热件51，散热件51上设置有多个供直流信号传输线2穿过的容线孔。散热装置5的设置并且在散热装置5上设置多个供直流信号传输线2穿过的容线孔，能够使直流信号传输线2与散热装置5进行充分的接触，使直流信号传输线2散发的热量通过散热装置5传递给制冷盘31，从而能够使直流信号传输线2与制冷盘31进行充分的热交换，避免直流信号传输线2产生的热量逸散至量子芯片4工作的区域，为量子芯片4提供其所需的极低温工作环境。

与现有技术的不同之处在于，本申请实施例提出的量子计算机，包括信号源设备1，位于稀释制冷机3的外部，用于输出驱动量子芯片4上量子位工作频率的直流驱动信号；量子芯片4，位于稀释制冷机3的最底层，通过直流信号传输线2连接信号源设备1，用于接收直流驱动信号执行量子计算，其中，最底层为稀释制冷机3中温度最低的一层；散热装置5，安装于稀释制冷机3的制冷盘31上，散热装置5包括散热件51，散热件51上设置有多个供直流信号传输线2穿过的容线孔。通过在稀释制冷机3的制冷盘31上增设散热装置5，且散热装置5包括散热件51，散热件51上设置有多个供直流信号传输线2穿过的容线孔。散热装置5的设置能够使得直流信号传输线2产生的热量通过散热装置5传输至制冷盘31上，以此实现充分的热量交换过程，能够避免直流信号传输线2产生的热量逸散至量子芯片4的工作区域，破坏量子芯片正常工作所需的极低温工作环境。

在本申请的实施例中，作为一种优选方案，容线孔与直流信号传输线2间隙配合。在实际使用的过程中，容线孔与直流信号传输线2间隙配合的设置能够使得直流信号传输线2与散热装置5之间进行更加紧密的接触，增大直流信号传输线2与散热装置5之间的接触面积，直流信号传输线2所散发的热量能够更加充分快速的通过散热装置5传导至制冷盘31，与制冷盘31进行热交换过程，达到对直流信号传输线2进行散热的效果。

如图2所示，散热件51上所设置的容线孔为轴向贯穿散热件51的通孔513。采用轴向贯穿散热件51的通孔513的设置，在散热装置5的生产制造过程较为简易，且对于直流信号传输线2的安装较为方便，只需将直流信号传输线2贯穿通孔513即可实现安装。

结合图3及图4所示，作为一种优选方案，散热件51上所设置的容线孔为在散热件51内部轴向开设的螺旋孔514。采用螺旋孔514的设计相比较直接开设贯穿散热件51的通孔513的设计，能够进一步的增加直流信号传输线2与散热装置5的接触面积，更加有利于对直流信号传输线2产生的热量的传导，对于整个与制冷盘32之间的热交换过程而言，能够更加快速充分，以此为量子芯片4的工作提供更加有利的条件。

具体的，散热件51包括同轴设置且间隙配合的散热体511和套筒512；散热体511的径向表面开设有呈螺旋状排布的容线槽5111，散热体511与套筒512配合形成螺旋孔514。散热件51包括同轴设置且间隙配合的散热体511和套筒512的设置能够更加便于加工与直流信号传输线2的安装，在实际操作中，可以将直流信号传输线2在散热体的容线槽5111上进行缠绕，再套上套筒512，由于套筒512与散热体511间隙配合，套筒能够对缠绕在散热体511上的直流信号传输线2进行包裹固定，也能够确保直流信号传输线2与散热件51之间的充分接触，有利于进行对直流信号传输线2上产生的热量的传导。

如图5所示，散热装置5还包括固定板52，固定板52位于散热件51和制冷盘31之间，固定板52用于散热件51与制冷盘31之间的固定安装。作为一种优选方案，固定板52可拆卸安装于制冷盘31上，在对直流信号传输线2的安装与拆卸过程中更加便利。在具体实施过程中，固定板52能够通过不同的方式固定安装于制冷盘31，包括但不限于：通过螺钉穿过固定板52以及制冷盘31，以此实现固定，可在固定板52以及制冷盘31上对应位置开设用于固定的螺纹孔和/或通孔；或者通过导热胶粘贴方式的将固定板52固定安装于制冷盘31。

除此之外，散热件51与固定板52之间的安装也可通过不同的方式进行，包括但不限于：通过螺钉穿过散热件51以及固定板52，以此实现固定，可在散热件51以及固定板52上对应位置开设用于固定的螺纹孔和/或通孔；或者通过导热胶粘贴的方式将散热件51固定安装于固定板52。

固定板52的设置除了用于散热件51与制冷盘31之间的固定安装，固定板52还可以作为散热件51与制冷盘31之间热量传导的介质，可以更好的对直流信号传输线2产生的热量进行传导。直流信号传输线2产生的热量通过与散热件51之间的充分的接触，再通过固定板52传导至制冷盘31进行热交换，以此实现对直流信号传输线2的散热，避免直流信号传输线2产生的热量逸散至量子芯片4处，为量子芯片4提供其所需的极低温环境，增强量子芯片4的工作性能。

固定板52上还开设有与所述容线孔相连通的出线孔，直流信号传输线2从散热件51中穿出再从固定板52上的出线孔出线。具体的，出线孔与直流信号传输线路2间隙配合，以此确保直流信号传输线2与固定板52之间的充分接触，以此实现更好的热量传导效果。

值得说明的一点是，散热件51以及固定板52均为金属材质，其中，作为一种优选方案，散热件51采用不锈钢材质，固定板52采用无氧铜镀金，这样的设置，可以同时兼顾到经济与导热效果。

在本申请的实施例当中，散热装置5可拆卸连接于制冷盘31，更加便于安装，实际使用时，操作更加灵活。在具体实施时，散热装置5可通过不同的方式固定在制冷盘31上，包括但不限于：通过螺钉固定；或者通过导热胶粘贴方式将散热装置5固定于制冷盘31。

继续如图1所示，散热装置5安装于制冷盘31上远离量子芯片4一端的表面上。由于在量子计算机中的直流信号传输线2中，还需要连接诸多如：滤波器、衰减器等器件，实现对直流驱动信号的优化，因此，散热装置5安装于制冷盘31上远离量子芯片4一端的表面上，安装时更加方便。同时，值得说明的一点是，在其他器件如滤波器、衰减器等的安装与散热装置5不冲突的情况下，散热装置5也可以安装于制冷盘31上靠近量子芯片4一端的表面上，或者在制冷盘31的两个表面均安装散热装置5，实现更好的散热效果，在此不做具体限定，具体实施时按照实际情况进行选择。

在本申请的实施例中，稀释制冷机3的多个制冷盘31上均安装有散热装置5。稀释制冷机3通常采用分级制冷技术，在极低温区利用氦元素在的相变吸热进行进一步的制冷，得到最低温区。在最低温区的制冷盘31需要达到约10至20mK的温度。在稀释制冷机3中通常设置有多个不同的制冷盘31，且越靠近底层的制冷盘31的制冷温度越低，直流信号传输线2逐级通过不同的制冷盘31，在每个制冷盘31处进行热交换过程，以减少对量子芯片4工作区域的传热。因此，在稀释制冷机3的多个制冷盘31上均安装有散热装置5，能够使直流信号传输线2与每个制冷盘31之间均进行充分的热交换过程，以达到对直流信号传输线2进行散热的目的，避免直流信号传输线2产生的热量传递至量子芯片4的工作区域，对量子芯片4的工作造成干扰。

综上所述，本实用新型所提供的量子计算机，包括信号源设备1，位于稀释制冷机3的外部，用于输出驱动量子芯片4上量子位工作频率的直流驱动信号；所述量子芯片4，位于所述稀释制冷机3的最底层，通过直流信号传输线2连接所述信号源设备1，用于接收所述直流驱动信号执行量子计算，其中，所述最底层为所述稀释制冷机3中温度最低的一层；散热装置5，安装于所述稀释制冷机3的制冷盘31上，所述散热装置5包括散热件51，所述散热件51上设置有多个供所述直流信号传输线2穿过的容线孔。本申请提出的量子计算机中，通过在稀释制冷机3的制冷盘31上增设散热装置5，使得直流信号传输线路2产生的热量能够充分的传输给制冷盘31，从而能够使直流信号传输线2与制冷盘31进行充分的热交换，避免直流信号传输线2产生的热量逸散至量子芯片4处，为量子芯片4提供其所需的工作环境。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种量子计算机，其特征在于，包括：

信号源设备，位于稀释制冷机的外部，用于输出驱动量子芯片上量子位工作频率的直流驱动信号；

所述量子芯片，位于所述稀释制冷机的最底层，通过直流信号传输线连接所述信号源设备，用于接收所述直流驱动信号执行量子计算，其中，所述最底层为所述稀释制冷机中温度最低的一层；

散热装置，安装于所述稀释制冷机的制冷盘上，所述散热装置包括散热件，所述散热件上设置有多个供所述直流信号传输线穿过的容线孔。

2.根据权利要求1所述的量子计算机，其特征在于，所述容线孔与所述直流信号传输线间隙配合。

3.根据权利要求2所述的量子计算机，其特征在于，所述容线孔为轴向贯穿所述散热件的通孔。

4.根据权利要求2所述的量子计算机，其特征在于，所述容线孔为在所述散热件内部轴向开设的螺旋孔。

5.根据权利要求4所述的量子计算机，其特征在于，所述散热件包括同轴设置且间隙配合的散热体和套筒；

所述散热体的径向表面开设有呈螺旋状排布的容线槽，所述散热体与所述套筒配合形成所述螺旋孔。

6.根据权利要求1所述的量子计算机，其特征在于，所述散热装置还包括固定板，所述固定板位于所述散热件和所述制冷盘之间，所述固定板用于所述散热件与所述制冷盘之间的固定安装。

7.根据权利要求6所述的量子计算机，其特征在于，所述固定板上开设有与所述容线孔相连通的出线孔。

8.根据权利要求1所述的量子计算机，其特征在于，所述散热装置可拆卸连接于所述制冷盘。

9.根据权利要求1所述的量子计算机，其特征在于，所述散热装置安装于所述制冷盘上远离所述量子芯片一端的表面上。

10.根据权利要求1所述的量子计算机，其特征在于，所述稀释制冷机的多个所述制冷盘上均安装有所述散热装置。

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