[发明专利]可扩展的超导量子比特结构

说明书

本发明公开了一种可扩展的超导量子比特结构，包括：多个超导量子比特线路，每个超导量子比特线路包含：至少一个约瑟夫森结结构，该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合；以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感；以及一耦合器线路，用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度，且该耦合强度可调至接近或等于零；其中，与约瑟夫森结直接相连的电容为多个，超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。该结构在提高量子计算的精度的基础上，进一步提高了超导量子比特结构的扩展性，促进超导量子计算的应用。

技术领域

本公开属于量子计算技术领域，涉及一种可扩展的超导量子比特结构。

背景技术

由于晶体管芯片的尺寸越来越小、逐渐接近极限，传统经典计算机的运算性能也逐渐到达峰值。量子计算机作为一种潜在的替代现有经典计算机的方案，其原理及相关算法在上个世纪就已经被大量研究，在大质数因子分解、全局搜索等数学问题上，量子计算都具有原则性上的求解速度优势。科学家现在已经建立起不同的量子体系，并实现了一些简单的量子算法，其中超导量子计算是最有前景的量子计算体系。

在量子计算系统中，最重要的就是实现高保真度的单量子比特门、双量子比特CZ门。在超导量子计算系统中，单量子比特门在现有的Xmon设计中已经可以达到99.5％以上的保真度，已经达到很多量子算法的要求。然而在现有的多量子比特体系中，固定耦合强度的相邻量子比特很难完全关断彼此间的耦合，因此这些多量子比特系统的CZ门保真度受到了一定的限制。

更进一步的，现有的量子计算中涉及的多量子比特体系在应用过程中，提出了兼顾高保真度和高扩展性的要求。

因此，有必要提出一种新的超导量子比特结构，在提高量子计算的精度的基础上，进一步提高了超导量子比特结构的扩展性，促进超导量子计算的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种可扩展的超导量子比特结构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种可扩展的超导量子比特结构，包括：超导量子比特线路，包含：至少一个约瑟夫森结结构，该约瑟夫森结结构为一个约瑟夫森结、两个或多个约瑟夫森结、或者约瑟夫森结与辅助线路构成的组合；以及与约瑟夫森结直接相连的电容和电感；以及一耦合器线路，用于调节与耦合器相连的超导量子比特之间的耦合强度，且该耦合强度可调至接近或等于零；其中，与约瑟夫森结直接相连的电容为多个，超导量子比特通过多个电容形成的分支结构与其它电路进行耦合。

在本公开的一些实施例中，其他电路为如下电路中的一种或几种：读取线路、控制线路、或超导量子比特线路。

在本公开的一些实施例中，控制线路用于调节约瑟夫森结的参数，该控制线路连接电源，该电源为电流源或电压源。

在本公开的一些实施例中，当超导量子比特线路包含多个约瑟夫森结时，每个约瑟夫森结具有单独的控制线路，或者每个约瑟夫森结具有多个控制线路，或者多个约瑟夫森结共用一个控制线路，或者多个约瑟夫森结与多个控制线路任意搭配使用。

在本公开的一些实施例中，可扩展的超导量子比特结构可向左或向右扩展附加结构，该扩展的附加结构为：只包含超导量子比特线路的结构，或者只包含耦合器线路的结构，或者超导量子比特与耦合器的任意组合线路结构。

在本公开的一些实施例中，与耦合器相连的超导量子比特与耦合器的连接关系如下：一个耦合器与两个或多个超导量子比特连接，或者多个耦合器与多个超导量子比特连接，且该超导量子比特通过电容与耦合器实现连接。