[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；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；以及一跨线，用于连接超导量子比特线路及耦合器线路两侧的地；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。该结构具有高精度、高扩展性和低串扰的优点，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。

此外，在超导量子计算的应用要求上，需要其具有良好的传输特性，能够降低串扰。

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，并且能够改善传输特性，降低串扰，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：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；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；以及一跨线，用于连接超导量子比特线路及耦合器线路两侧的地；其中，与约瑟夫森结直接相连的电容为多个，所述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，超导量子比特由天线实现激励。

在本公开的一些实施例中，跨线还用于连接天线两侧的地，且所有线路的地为同一个地，所有线路包括：多个超导量子比特线路、耦合器线路、以及天线。

在本公开的一些实施例中，跨线与超导量子比特线路、耦合器线路、以及天线两侧的地均为超导连接，该超导连接为：当超导量子比特在工作的整个过程中，跨线自身以及跨线与地的所有连接都是超导状态。

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；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，电源为电流源或电压源。

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。