[发明专利]实现控制相位门的超导量子芯片和方法

权利要求书

1.一种实现控制相位门的超导量子芯片，包括布设于芯片底板上的若干频率固定的传输子量子比特，其特征在于：每两个相邻的量子比特之间还设有一个可调耦合器，所述可调耦合器包括电容和超导量子干涉器，所述电容通过所述超导量子干涉器接地以及连接调频控制线，所述可调耦合器的频率远高于所述量子比特的频率，所述超导量子芯片的线路设计满足：

式中，g₁₂表示相邻的两个量子比特之间的耦合强度，g_1c、g_2c分别表示两个相邻的量子比特与可调耦合器之间的耦合强度，Δ_1c、Δ_2c分别表示两个相邻的量子比特的频率与可调耦合器频率之间的失谐量。

2.根据权利要求1所述的实现控制相位门的超导量子芯片，其特征在于：每个所述量子比特包括一个电容和一个约瑟夫森结，所述电容通过所述约瑟夫森结接地以及连接驱动控制线，所述量子比特的电容为十字形，所述可调耦合器的电容为工字形，且量子比特的电容的十字凸起与可调耦合器的电容工字凹陷相匹配，形成“十工十工……”形状。

3.根据权利要求1所述的实现控制相位门的超导量子芯片，其特征在于：所述可调耦合器的频率范围为6～9GHz，所述量子比特的频率范围为4.5～5GHz，且每两个相邻的量子比特的频率之间至少间隔300MHz，量子比特和耦合器之间的耦合强度在100-200MHz，量子比特之间的耦合强度在4-10MHz，量子比特的频率固定。

4.根据权利要求1所述的实现控制相位门的超导量子芯片，其特征在于：所述可调耦合器通过所述调频控制线中输入的磁通偏置脉冲信号实现频率调节，且输入的磁通偏置脉冲信号为以下绝热波形：

式中，w_c(t)表示输入的磁通偏置脉冲信号的波形，w₁表示相邻两个量子比特中的频率较高的量子比特的频率，θ(t)表示与输入的磁通偏置脉冲信号的振幅相关的相位角参数，t₀、t_f表示量子门操作的开始时间和结束时间，θ_i是耦合关闭时的相位角参数，对应振幅为0，θ_f表调制过程中的最大相位角，对应最大调制振幅。

5.一种实现控制相位门的方法，其特征在于包括：

(1)设置超导量子芯片：将若干传输子量子比特布设于芯片底板上，并在每两个相邻的量子比特之间设置一个可调耦合器，所述可调耦合器包括电容和超导量子干涉器，所述电容通过所述超导量子干涉器接地以及连接调频控制线；

(2)将所述可调耦合器的频率设置为远高于所述量子比特的频率；

(3)调整所述超导量子芯片的线路设计，使得满足：

式中，g₁₂表示相邻的两个量子比特之间的耦合强度，g_1c、g_2c分别表示两个相邻的量子比特与可调耦合器之间的耦合强度，Δ_1c、Δ_2c分别表示两个相邻的量子比特的频率与可调耦合器频率之间的失谐量。

6.根据权利要求5所述的实现控制相位门的方法，其特征在于：每个所述量子比特包括一个电容和一个约瑟夫森结，所述电容通过所述约瑟夫森结接地以及连接驱动控制线，所述量子比特的电容为十字形，所述可调耦合器的电容为工字形，且量子比特的电容的十字凸起与可调耦合器的电容工字凹陷相匹配，形成“十工十工……”形状。

7.根据权利要求5所述的实现控制相位门的方法，其特征在于：所述可调耦合器的频率范围为6～9GHz，所述量子比特的频率范围为4.5～5GHz，且每两个相邻的量子比特的频率之间至少间隔300HZ，量子比特和耦合器之间的耦合强度在100-200MHz，量子比特之间的耦合强度在4-10MHz，量子比特的频率固定。

8.根据权利要求5所述的实现控制相位门的方法，其特征在于：所述可调耦合器通过所述调频控制线中输入的磁通偏置脉冲信号实现频率调节，输入的磁通偏置脉冲信号为以下绝热波形：

式中，w_c(t)表示输入的磁通偏置脉冲信号的波形，w₁表示相邻两个量子比特中的频率较高的量子比特的频率，θ(t)表示与输入的磁通偏置脉冲信号的振幅相关的相位角参数，t₀、t_f表示量子门操作的开始时间和结束时间，θ_i是耦合关闭时的相位角参数，对应振幅为0，θ_f表调制过程中的最大相位角，对应最大调制振幅。