[发明专利]相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构

说明书

本发明公开了一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路，包含：电容C₁、电感和约瑟夫森结电容C₁和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C₁和电感的两端；第二超导量子比特线路，包含：电容C₂、电感和约瑟夫森结电容C₂和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C₂和电感的两端；以及耦合环路，包含：形成环路的约瑟夫森结L_k、电感和电感其中，约瑟夫森结L_k的一端连接在电容C₁和电感之间，另一端连接在电容C₂和电感之间，电感和电感相连的一端接地。该结构进一步提高双量子比特CZ门的保真度，从而提高量子计算的精度，并具有高扩展性，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，涉及一种相邻比特耦合强度可调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，易于调控相邻两个比特之间的耦合强度，使得相邻量子比特之间的耦合强度可以关断或增加，进一步提高双量子比特CZ门的保真度，从而提高量子计算的精度，并且该超导量子比特结构具有高扩展性，促进超导量子计算的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种相邻比特耦合强度可调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，提供了一种相邻比特耦合强度可调的超导量子比特结构，包括：第一超导量子比特线路，包含：电容C₁、电感和约瑟夫森结电容C₁和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C₁和电感的两端；第二超导量子比特线路，包含：电容C₂、电感和约瑟夫森结电容C₂和电感串联，约瑟夫森结并联在串联后的电容C₂和电感的两端；以及耦合环路，包含：形成环路的约瑟夫森结L_k、电感和电感其中，约瑟夫森结L_k的一端连接在电容C₁和电感之间，另一端连接在电容C₂和电感之间，电感和电感相连的一端接地，使得相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特通过L_k形成电感耦合。

在本公开的一些实施例中，相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特之间的耦合强度为一函数，该函数与第一超导量子比特线路和第二超导量子比特线路中的电感值、电容值和约瑟夫森结的等效电感值、以及耦合环路中的约瑟夫森结的等效电感值相关。

在本公开的一些实施例中，通过调节耦合环路中的磁通量实现对约瑟夫森结L_k的调节，从而实现对相邻的第一超导量子比特和第二超导量子比特耦合强度的调节。