CN219476116U - 信号读取电路、量子控制系统及量子计算机 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种信号读取电路、量子控制系统及量子计算机,应用于信号读取技术领域,其包括若干信号传输模块,用于接收量子处理器输出的携带量子计算任务结果的第一模拟信号,并将传输所述第一模拟信号的信号传输线路进行阻抗匹配,差分输出若干第二模拟信号;模数转换模块,接收所述第二模拟信号并转换为数字信号;中控模块,接收来自所述数字信号,并输出若干信号数据。本申请具有通过模数转换模块将模拟信号直接转换为数字信号,进而无需通过射频和中频的混频架构对模拟信号进行混频处理,大大简化了电路规模,以便于对信号读取电路进行使用的效果。
Description
技术领域
本申请涉及信号读取技术领域,尤其是涉及一种信号读取电路、量子控制系统及量子计算机。
背景技术
目前量子处理器为运行量子计算的核心部件,量子处理器上集成有多位量子比特,为了保证量子比特的正常工作,需要设置多个信号源或信号发生器为每个量子比特提供各种控制信号、例如频率控制信号、量子态控制信号。
量子处理器依据接收到的控制信号执行量子计算任务,执行计算后输出携带任务结果的模拟信号,此时需要将模拟信号转换为数字信号读取任务结果,目前主要是通过超外差接收电路对量子处理器输出的模拟信号进行转化和读取。
超外差电路在使用时,需要通过射频和中频的混频架构对模拟信号进行处理,再将处理后的模拟信号转化为数字信号,然而实际使用时,超外差电路比较复杂,电路规模较大,不便于使用。
实用新型内容
为了改善超外差电路比较复杂,电路规模较大,不便于使用的问题,本申请提供一种信号读取电路、量子控制系统及量子计算机。
第一方面,本申请提供的一种信号读取电路,采用如下的技术方案:包括:
若干信号传输模块,用于接收量子处理器输出的携带量子计算任务结果的第一模拟信号,并将传输所述第一模拟信号的信号传输线路进行阻抗匹配,差分输出若干第二模拟信号;
模数转换模块,接收所述第二模拟信号并转换为数字信号;
中控模块,接收来自所述数字信号,并输出若干信号数据。
通过采用上述技术方案,本申请中通过采用信号传输模块接收第一模拟信号,差分输出若干个第二模拟信号至模数转换模块,模数转换模块将第二模拟信号转换为数字信号,再将数字信号发送至中控模块,中控模块输出信号数据,从而通过模数转换模块将模拟信号直接转换为数字信号,进而无需通过射频和中频的混频架构对模拟信号进行混频处理,大大简化了电路规模,以便于对信号读取电路进行使用。
可选的,所述信号传输模块包括SMA连接器、阻抗匹配单元以及巴伦变压器;
所述SMA连接器的第一端与阻抗匹配单元的第一端电连接,接收所述第一模拟信号并输送至阻抗匹配单元;
所述阻抗匹配单元的第二端与巴伦变压器的输入端电连接,将所述第一模拟信号输送至巴伦变压器;
所述巴伦变压器的输出端与模数转换模块的输入端电连接,将第二模拟信号差分输出至模数转换模块。
通过采用上述技术方案,通过SMA连接器对量子比特发出的第一模拟信号进行接收,同时将第一模拟信号发送至阻抗匹配单元,阻抗匹配单元对电路的阻抗进行匹配,对负载功率进行调整,再将第一模拟信号进行过滤后发送至巴伦变压器,巴伦变压器对第二模拟信号进行差分输出,输送至模数转换模块,从而对模拟信号进行处理,以便于后续模拟信号转换为数字信号。
可选的,所述信号传输模块还包括第一电容、第一电阻和第二电阻;
所述SMA连接器的第二端、第三端、第四端和第五端共同电连接第一电容的第一端,所述第一电容的第二端接地,所述第一电容与第一电阻并联,所述第一电阻与第二电阻并联。
通过采用上述技术方案,SMA连接器对量子比特的模拟信号进行接收,并将第一模拟信号传输至后续单元,以便于对模拟信号进行读取。
可选的,所述阻抗匹配单元包括阻抗电阻和阻抗电容,所述阻抗电阻的第一端与SMA连接器的第一端电连接,所述阻抗电阻的第二端与阻抗电容的第一端电连接,所述阻抗电容的第二端与巴伦变压器的输入端电连接。
通过采用上述技术方案,通过阻抗电阻和阻抗电容对信号传输线路进行阻抗匹配,使得第一模拟信号传递至模数转换模块,而且几乎不会有信号反射,从而提升能源效益。
可选的,所述阻抗匹配单元还包括第二电容和第三电容,所述第二电容的第一端与阻抗电阻的第一端电连接,所述第二电容的第二端与第三电容的第一端电连接,所述第三电容的第二端与阻抗电阻的第二端电连接,所述第三电容的第一端接地。
通过采用上述技术方案,通过第二电容和第三电容对第一模拟信号中的噪声进行过滤,从而减少提高第一模拟信号传输的质量,以便于识别第一模拟信号中的数据。
可选的,所述信号传输模块还包括ESD保护管,所述阻抗电阻的第一端电连接ESD保护管的第一端,所述ESD保护管的第二端接地。
通过采用上述技术方案,通过ESD保护管对电路进行保护,从而减少出现静电的可能,以减少电路上的元器件出现静电损坏的可能。
可选的,所述信号传输模块、模数转换模块以及中控模块集成于同一块PCB板上。
通过采用上述技术方案,集成于同一块PCB板上,易于集成和扩展,还可以通过对信号传输线的布局进行设置,降低信号串扰,提高输出的控制信号的精度。
可选的,所述中控模块与模数转换模块通过若干条信号传输线电连接,各所述信号传输线之间的长度差不大于1密耳。
通过采用上述技术方案,通过将中控模块与模数转换模块之间的信号传输线的长度之差控制在1密尔以内,从而增加中控模块与模数转换模块之间的同步输出精度。
第二方面,一种量子控制系统,包括上述的信号读取电路。
第三方面,一种量子计算机,包括上述的一种量子控制系统及量子处理器;所述量子控制系统基于量子处理器输出的第一模拟信号读取信息数据。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.通过模数转换模块将模拟信号直接转换为数字信号,进而无需通过射频和中频的混频架构对模拟信号进行混频处理,大大简化了电路规模,以便于对信号读取电路进行使用;
2.通过阻抗电阻和阻抗电容对信号传输线路进行阻抗匹配,使得第一模拟信号传递至模数转换模块,而且几乎不会有信号反射,从而提升能源效益;
3.通过ESD保护管对电路进行保护,从而减少出现静电的可能,以减少电路上的元器件出现静电损坏的可能。
附图标记:1、信号传输模块;11、SMA连接器;12、阻抗匹配单元;121、阻抗电容;122、阻抗电阻;123、第二电容;124、第三电容;13、巴伦变压器;14、第一电容;15、第一电阻;16、第二电阻;17、ESD保护管;2、模数转换模块;3、中控模块。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构框图。
图2是用于体现信号传输模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本申请的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书,本申请的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,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该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
对现在市场上已有的一些量子计算机而言,大都采用上位机、量子控制系统以及量子处理器的组合来实现一些量子计算任务,一般通过上位机接收用户的量子计算任务,对量子计算任务进行处理并形成量子线路,然后将量子线路映射到对应量子处理器的拓扑结构中。量子线路中包含了本次量子计算任务所需要的量子逻辑门、最终量子计算结果的测量操作以及各个操作的时序,量子控制系统在接收到量子线路中包含的这些信息时,会将这些信息转化成相应指令以使得相应的硬件设备进行操作并完成量子计算任务。
一般地,一个量子处理器上设有多个量子比特(也可称之为量子位)以及数据传输线,每个量子比特包括相互耦合连接的探测器和量子比特装置,其中,量子比特装置可以为利用超导约瑟夫森结合对地电容构成的人造超导量子比特,探测器可以为谐振腔。量子比特装置上设置有第一控制信号线和第二控制信号线,与量子比特装置耦合连接的探测器上设有第三控制信号线,其中,第一控制信号线用于传输对量子比特装置进行量子态信息调控的量子态调控信号,第二控制信号线用于传输对量子比特装置进行频率参数调控的频率调控信号,而第三控制信号线既用于传输对探测器进行测量读取的测量信号又用于将探测器返回的读取回传信号输出,以实现对量子比特装置状态的间接读取测量。因此,用于量子处理器中量子比特调控和测量的量子控制系统需要生成并输出三种控制信号分别提供给第一至第三控制信号线,以实现对量子处理器中量子比特的调控和测量。
申请人在实际应用时发现,量子处理器依据接收到的控制信号执行量子计算任务,执行计算后输出携带任务结果的模拟信号,此时需要将模拟信号转换为数字信号读取任务结果。目前主要通过超外差电路对模拟信号和数字信号进行转换,而超外差电路中需要设置RF/IF混频结构,导致电路规模较大,不便于使用。
参照图1,本申请实施例提供一种信号读取电路,包括若干个信号传输模块、模数转换模块以及中控模块,若干个信号传输模块均与模数转换模块通过信号传输线路连接,信号传输模块用于接收量子处理器输出的携带量子计算任务结果的第一模拟信号,并将传输第一模拟信号的信号传输线路进行阻抗匹配,差分输出若干第二模拟信号;模数转换模块用于接收第二模拟信号并转换为数字信号;中控模块用于接收来自数字信号,并输出若干信号数据。
参照图1,通过采用信号传输模块1接收第一模拟信号,差分输出若干个第二模拟信号至模数转换模块2,模数转换模块2为ADC芯片,模数转换模块2将第二模拟信号转换为数字信号,再将数字信号发送至中控模块3,中控模块3输出信号数据,从而通过模数转换模块2将模拟信号直接转换为数字信号,进而无需通过射频和中频的混频架构对模拟信号进行混频处理,大大简化了电路规模,以便于对信号读取电路进行使用。
参照图1和图2,信号传输模块1包括SMA连接器11、阻抗匹配单元12以及巴伦变压器13;SMA连接器11的第一端与阻抗匹配单元12的第一端电连接,用于接收第一模拟信号并输送至阻抗匹配单元12;阻抗匹配单元12的第二端与巴伦变压器13的输入端电连接,用于将第一模拟信号输送至巴伦变压器13;巴伦变压器13的输出端与模数转换模块2的输入端电连接,将第二模拟信号差分输出至模数转换模块2。
参照图1和图2,通过SMA连接器11对量子比特发出的第一模拟信号进行接收,同时将第一模拟信号发送至阻抗匹配单元12,阻抗匹配单元12对电路的阻抗进行匹配,对负载功率进行调整,再将第一模拟信号进行过滤后发送至巴伦变压器13,巴伦变压器13对第二模拟信号进行差分输出,输送至模数转换模块2,从而对模拟信号进行处理,以便于后续模拟信号转换为数字信号。
参照图1和图2,信号传输模块1还包括第一电容14、第一电阻15和第二电阻16;SMA连接器11的第二端、第三端、第四端和第五端共同电连接第一电容14的第一端,第一电容14的第二端接地,第一电容14与第一电阻15并联,第一电阻15与第二电阻16并联。
参照图1和图2,阻抗匹配单元12包括阻抗电阻122和阻抗电容121,阻抗电阻122的第一端与SMA连接器11的第一端电连接,阻抗电阻122的第二端与阻抗电容121的第一端电连接,阻抗电容121的第二端与巴伦变压器13的输入端电连接。阻抗匹配单元12还包括第二电容123和第三电容124,第二电容123的第一端与阻抗电阻122的第一端电连接,第二电容123的第二端接地,第三电容124的第二端与阻抗电阻122的第二端电连接,第三电容124的第一端接地。阻抗电阻122的第一端电连接ESD保护管17的第一端,ESD保护管17的第二端接地。
参照图1和图2,通过SMA连接器11对量子比特发出的第一模拟信号进行接收,同时将第一模拟信号发送至阻抗匹配单元12,通过阻抗电阻122和阻抗电容121对信号传输线路进行阻抗匹配,使得第一模拟信号传递至模数转换模块2,而且几乎不会有信号反射,从而提升能源效益。再将第一模拟信号进行过滤后发送至巴伦变压器13,巴伦变压器13对第二模拟信号进行差分输出,输送至模数转换模块2,从而对模拟信号进行处理,以便于后续模拟信号转换为数字信号。同时通过ESD保护管17对电路进行保护,从而减少出现静电的可能,以减少电路上的元器件出现静电损坏的可能。
参照图1和图2,信号传输模块1、模数转换模块2以及中控模块3集成于同一块PCB板上。中控模块3与模数转换模块2通过若干条信号传输线电连接,各信号传输线之间的长度差不大于1密耳。通过将中控模块3与模数转换模块2之间的信号传输线的长度之差控制在1密尔以内,从而增加中控模块3与模数转换模块2之间的同步输出精度。
本申请实施例一种信号读取电路的实施原理为:通过SMA连接器11对量子比特发出的第一模拟信号进行接收,同时将第一模拟信号发送至阻抗匹配单元12,通过阻抗电阻122和阻抗电容121对信号传输线路进行阻抗匹配,使得第一模拟信号传递至模数转换模块2,而且几乎不会有信号反射,从而提升能源效益。再将第一模拟信号进行过滤后发送至巴伦变压器13,巴伦变压器13对第二模拟信号进行差分输出,输送至模数转换模块2,从而对模拟信号进行处理,以便于后续模拟信号转换为数字信号。
基于相同的技术构思,本申请实施例还提供一种量子控制系统,包括如上述的信号读取电路。
基于相同的技术构思,本申请实施例还提供一种量子计算机,包括量子控制系统及量子处理器;量子控制系统基于量子处理器输出的第一模拟信号读取信息数据。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种信号读取电路,其特征在于,包括:
若干信号传输模块(1),用于接收量子处理器输出的携带量子计算任务结果的第一模拟信号,并将传输所述第一模拟信号的信号传输线路进行阻抗匹配,差分输出若干第二模拟信号;
模数转换模块(2),接收所述第二模拟信号并转换为数字信号;
中控模块(3),接收来自所述数字信号,并输出若干信号数据。
2.根据权利要求1所述的信号读取电路,其特征在于:所述信号传输模块(1)包括SMA连接器(11)、阻抗匹配单元(12)以及巴伦变压器(13);
所述SMA连接器(11)的第一端与阻抗匹配单元(12)的第一端电连接,接收所述第一模拟信号并输送至阻抗匹配单元(12);
所述阻抗匹配单元(12)的第二端与巴伦变压器(13)的输入端电连接,将所述第一模拟信号输送至巴伦变压器(13);
所述巴伦变压器(13)的输出端与模数转换模块(2)的输入端电连接,将第二模拟信号差分输出至模数转换模块(2)。
3.根据权利要求2所述的信号读取电路,其特征在于:所述信号传输模块(1)还包括第一电容(14)、第一电阻(15)和第二电阻(16);
所述SMA连接器(11)的第二端、第三端、第四端和第五端共同电连接第一电容(14)的第一端,所述第一电容(14)的第二端接地,所述第一电容(14)与第一电阻(15)并联,所述第一电阻(15)与第二电阻(16)并联。
4.根据权利要求2所述的信号读取电路,其特征在于:所述阻抗匹配单元(12)包括阻抗电阻(122)和阻抗电容(121),所述阻抗电阻(122)的第一端与SMA连接器(11)的第一端电连接,所述阻抗电阻(122)的第二端与阻抗电容(121)的第一端电连接,所述阻抗电容(121)的第二端与巴伦变压器(13)的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的信号读取电路,其特征在于:所述阻抗匹配单元(12)还包括第二电容(123)和第三电容(124),所述第二电容(123)的第一端与阻抗电阻(122)的第一端电连接,所述第二电容(123)的第二端接地,所述第三电容(124)的第二端与阻抗电阻(122)的第二端电连接,所述第三电容(124)的第一端接地。
6.根据权利要求4所述的信号读取电路,其特征在于:所述信号传输模块(1)还包括ESD保护管(17),所述阻抗电阻(122)的第一端电连接ESD保护管(17)的第一端,所述ESD保护管(17)的第二端接地。
7.根据权利要求1所述的信号读取电路,其特征在于:所述信号传输模块(1)、模数转换模块(2)以及中控模块(3)集成于同一块PCB板上。
8.根据权利要求1所述的信号读取电路,其特征在于:所述中控模块(3)与模数转换模块(2)通过若干条信号传输线电连接,各所述信号传输线的长度差不大于1密耳。
9.一种量子控制系统,其特征在于,包括如权利要求1至8中任一项所述的信号读取电路。
10.一种量子计算机,其特征在于,包括如权利要求9所述的一种量子控制系统及量子处理器;所述量子控制系统基于量子处理器输出的第一模拟信号读取信息数据。
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